JP2008256669A - Angular velocity sensor and electronic device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three forked angular velocity sensor resistant to noises and capable of suppressing vibration from being transmitted to a base portion for supporting arm portions, and to provide an electronic device. <P>SOLUTION: In this angular velocity sensor, among the three arm portions 12A-12C, the two outer arm portions 12A, 12B are excited in phase, and the center arm portion 12C is excited in opposite phase with the two outer arm portions by the reaction of vibration of the two outer arm portions. The respective arm portions are excited in a vertical direction to a surface on which piezoelectric function layers 15A-15C are formed, and hence the angular velocity is detected by vibration of the arm portions in a direction parallel to the surfaces on which the piezoelectric function layers are formed. This cancels rotation moments occurring between the arm portions one another, thereby reducing the vibration transmitted to the base portion. Further, exciting the arm portions in a vertical direction to the surfaces on which the piezoelectric function layers are formed provides the angular velocity sensor capable of maintaining excited state and resistant to disturbance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知やバーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサに関し、更に詳しくは、振動子アームを3本備えた三音叉型の角速度センサに関する。   The present invention relates to an angular velocity sensor used for, for example, camera shake detection of a video camera, motion detection in a virtual reality device, direction detection in a car navigation system, and the like, and more specifically, an angular velocity of a three tuning fork type having three vibrator arms. It relates to sensors.
従来より、民生用の角速度センサとしては、振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサが広く用いられている。振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価に製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。   Conventionally, an angular velocity sensor for consumer use is a so-called vibration type gyro that detects an angular velocity by vibrating a vibrator at a predetermined resonance frequency and detecting a Coriolis force generated by the influence of the angular velocity with a piezoelectric element or the like. Sensors are widely used. The vibration type gyro sensor has advantages such as a simple mechanism, short start-up time, and low cost manufacturing. For example, it is mounted on electronic devices such as video cameras, virtual reality devices, car navigation systems, It is used as a sensor for motion detection and direction detection.
振動型ジャイロセンサは、搭載される電子機器の小型化、高性能化に伴い、小型化、高性能化が要求されている。例えば、電子機器の多機能化のため、他の用途に用いられる各種センサと組み合わせて同一集合基板上に搭載し、小型化を図るといった要請がある。この小型化を行う上で、シリコン(Si)などの単結晶基板と、半導体製造分野で用いられている薄膜形成プロセとフォトリソグラフィ技術を用いて構造体を形成する、MEMSと呼ばれる加工技術を用いることが一般的となってきている(例えば特許文献1参照)。   The vibration type gyro sensor is required to be downsized and improved in accordance with downsizing and high performance of electronic devices to be mounted. For example, in order to increase the functionality of electronic devices, there is a demand for downsizing by mounting on the same collective substrate in combination with various sensors used for other applications. In order to reduce the size, a processing technique called MEMS is used in which a structure is formed using a single crystal substrate such as silicon (Si) and a thin film forming process and a photolithography technique used in the semiconductor manufacturing field. This has become common (see, for example, Patent Document 1).
下記特許文献1には、振動子を構成する単一のアーム部の一表面に、圧電膜を介して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された片持ち梁型の角速度センサが開示されている。この角速度センサは、圧電膜の形成面に垂直な方向にアーム部を励振させ、圧電膜の形成面と平行な方向の振動成分を角速度の検出方向としたものである。   Patent Document 1 below discloses a cantilever type angular velocity in which a drive electrode for excitation and a detection electrode for angular velocity detection are formed on one surface of a single arm portion constituting a vibrator via a piezoelectric film, respectively. A sensor is disclosed. This angular velocity sensor excites the arm portion in a direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed, and uses a vibration component in a direction parallel to the surface on which the piezoelectric film is formed as the direction of angular velocity detection.
また、下記特許文献2には、振動子を構成する2本のアーム部の各々の一表面に、圧電膜を解して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された音叉型の角速度センサが開示されている。この角速度センサは、圧電膜の形成面に水平な方向にアーム部を励振させ、圧電膜の形成面と垂直な方向への振動を角速度検出方向としている。なお、下記特許文献3には、振動子を構成する3本の断面三角形状のアーム部を備えた三音叉型の角速度センサが開示されており、これらアーム部の配列方向を励振方向とし、これとは直交する方向の振動を角速度検出方向とする構成である。
特開2005−241382号公報 特開2006−17569号公報 特開2001−124561号公報
In Patent Document 2 below, a tuning fork in which a drive electrode for excitation and a detection electrode for angular velocity detection are formed on one surface of each of the two arm portions constituting the vibrator by releasing a piezoelectric film. A type of angular velocity sensor is disclosed. This angular velocity sensor excites the arm portion in a direction horizontal to the surface on which the piezoelectric film is formed, and uses the vibration in the direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed as the angular velocity detection direction. Patent Document 3 listed below discloses a three tuning fork type angular velocity sensor having three cross-sectional triangular arm portions constituting a vibrator, and the arrangement direction of these arm portions is an excitation direction. Is a configuration in which the vibration in the orthogonal direction is the angular velocity detection direction.
JP-A-2005-241382 JP 2006-17569 A JP 2001-124561 A
しかしながら、上記特許文献1に記載の片持ち梁構造の角速度センサにおいては、アーム部の励振時に当該アーム部の根元部位に回転モーメントが発生し、これが原因で生じる振動がアーム部を支持する基部に伝達することで、角速度検出特性を劣化させるという問題がある。   However, in the angular velocity sensor of the cantilever structure described in Patent Document 1, a rotational moment is generated at the base portion of the arm portion when the arm portion is excited, and vibrations caused by this occur at the base portion that supports the arm portion. There is a problem that the angular velocity detection characteristic is deteriorated by transmission.
また、上記特許文献2,3に記載の音叉型の角速度センサにおいては、基本モードとなる各アーム部の励振状態が圧電膜の形成面に沿った方向で振動励起される構成であるため、圧電膜による振動励起の剛心が振動子の重心からずれた位置となる。従って、外乱信号の重畳により駆動周波数にずれが生じた場合、共振状態の振動子の振動面がずれ易くなる。その結果、角速度が生じていない状態でも検出出力が変動することになり、ノイズが著しく増加するおそれがある。   Further, in the tuning fork type angular velocity sensor described in Patent Documents 2 and 3, the excitation state of each arm portion serving as the basic mode is configured to be vibrationally excited in a direction along the formation surface of the piezoelectric film. The rigid center of vibration excitation by the film is at a position shifted from the center of gravity of the vibrator. Therefore, when a deviation occurs in the drive frequency due to the superimposition of the disturbance signal, the vibration surface of the resonator in the resonance state is easily displaced. As a result, the detection output fluctuates even in a state where no angular velocity occurs, and there is a risk that noise will increase significantly.
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、アーム部を支持する基部への振動もれを抑制でき、ノイズに対して強い角速度センサ及びこれを搭載した電子機器を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor that can suppress vibration leakage to a base portion that supports an arm portion and is strong against noise, and an electronic device including the same.
更に本発明は、衝撃などの加速度成分を起因とするノイズの発生を回避することが可能な角速度センサ及び電子機器を提供することを課題とする。   It is another object of the present invention to provide an angular velocity sensor and an electronic device that can avoid the generation of noise due to an acceleration component such as an impact.
以上の課題を解決するに当たり、本発明の角速度センサは、基部と、上記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された3本のアーム部と、上記各アーム部の一表面に形成された圧電膜と、上記3本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する2本のアーム部の上記圧電膜上に形成された励振用の駆動電極と、上記3本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の上記圧電膜上に形成された角速度検出用の検出電極とを備え、
上記3本のアーム部のうち外側に位置する2本のアーム部は同相で励振され、中央に位置するアーム部は上記外側に位置する2本のアーム部と逆相で励振されるとともに、
上記駆動電極は、上記アーム部を上記圧電膜の形成面と垂直な第1の方向に励振し、上記検出電極は、上記アーム部の上記圧電膜の形成面と平行な第2の方向への振動を検出する。
In solving the above-mentioned problems, the angular velocity sensor of the present invention is formed on the base, three arm portions integrally extending from the base portion in substantially the same direction, and one surface of each arm portion. The piezoelectric film, the drive electrode for excitation formed on the piezoelectric film of the two arm portions positioned at least outside of the three arm portions, and the central position of at least the three arm portions. A detection electrode for detecting angular velocity formed on the piezoelectric film of the arm portion to be
Of the three arm portions, the two arm portions located outside are excited in the same phase, the arm portion located in the center is excited in the opposite phase to the two arm portions located outside, and
The drive electrode excites the arm portion in a first direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed, and the detection electrode extends in a second direction parallel to the surface on which the piezoelectric film is formed on the arm portion. Detect vibration.
上記3本のアーム部は、音叉型の振動子を構成する。これら3本のアーム部のうち外側に位置する2本のアーム部は、駆動電極に駆動周波数の交流信号が印加されさたきに発生する圧電膜の逆圧電効果により基本モードとなる振動が励起される。また、3本のアーム部のうち中央に位置するアーム部に形成された検出電極は、角速度が生じたときに発生する振動面に垂直な方向の振動成分を圧電膜の圧電効果により検出し、これを角速度信号として出力する。   The three arm portions constitute a tuning fork type vibrator. Of these three arm portions, the two arm portions located outside are excited by vibration that is a fundamental mode due to the reverse piezoelectric effect of the piezoelectric film that is generated when an AC signal having a drive frequency is applied to the drive electrode. The In addition, the detection electrode formed in the arm portion located at the center of the three arm portions detects a vibration component in a direction perpendicular to the vibration surface generated when the angular velocity is generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric film, This is output as an angular velocity signal.
そこで、本発明においては、外側に位置する2本のアーム部がともに同相で励振され、中央に位置するアーム部が上記2本のアーム部と逆相で励振される。この構成により、各アーム部間において振動による回転モーメントが発生する。外側に位置する一方のアーム部と中央のアーム部との間に発生する回転モーメントと、外側に位置する他方のアーム部と中央のアーム部との間に発生する回転モーメントとは、互いに逆方向となる。結果的に基部に伝達される振動を大幅に低減することが可能となる。   Therefore, in the present invention, the two arm portions located outside are both excited in the same phase, and the arm portion located in the center is excited in the opposite phase to the two arm portions. With this configuration, a rotational moment due to vibration is generated between the arm portions. The rotational moment generated between one arm portion located outside and the central arm portion and the rotational moment generated between the other arm portion located outside and the central arm portion are opposite to each other. It becomes. As a result, the vibration transmitted to the base can be greatly reduced.
このとき、中央に位置するアーム部の形成幅を、外側に位置する2本のアーム部の形成幅よりも大きく形成することで、外側のアーム部の振動により発生する回転モーメントを、中央のアーム部の振動により発生する回転モーメントで完全に打ち消すことが可能となる。なお、中央に位置するアーム部に振動錘部を設けることによっても同様な効果を得ることができる。   At this time, by forming the formation width of the arm portion located in the center larger than the formation width of the two arm portions located outside, the rotational moment generated by the vibration of the outer arm portion is reduced. It is possible to completely cancel with the rotational moment generated by the vibration of the part. A similar effect can be obtained by providing a vibrating weight portion on the arm portion located at the center.
また、本発明においては、アーム部を圧電膜の形成面と垂直な第1の方向に励振し、アーム部の圧電膜の形成面と平行な第2の方向への振動を角速度信号の検出方向としているので、圧電膜による振動励起の剛心をアーム部の重心と一致させ、アーム部の励振方向が検出方向よりも安定した振動モードを実現し、外乱による駆動周波数の変動に対して振動モードが励振方向から検出方向へ遷移しにくくなる。これにより、外乱に強い角速度センサを構成でき、高精度な出力特性を安定して得ることができるようになる。   In the present invention, the arm portion is excited in a first direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed, and the vibration in the second direction parallel to the surface on which the piezoelectric film is formed on the arm portion is detected as the angular velocity signal detection direction. Therefore, the rigid center of vibration excitation by the piezoelectric film is made to coincide with the center of gravity of the arm part, realizing a vibration mode in which the excitation direction of the arm part is more stable than the detection direction, and the vibration mode against fluctuations in the drive frequency due to disturbance Is less likely to transition from the excitation direction to the detection direction. As a result, an angular velocity sensor resistant to disturbance can be configured, and high-accuracy output characteristics can be obtained stably.
このとき、3本のアーム部の上記第1の方向における共振周波数がそれぞれ一致するように設定するとともに、3本のアーム部の上記第2の方向における共振周波数については、中央に位置するアーム部のみを上記第1の方向における共振周波数付近に設定することで、当該中央に位置するアーム部上に形成された検出電極による角速度信号の検出精度を高めることができる。   At this time, the resonance frequencies in the first direction of the three arm portions are set to coincide with each other, and the resonance frequency in the second direction of the three arm portions is set at the center of the arm portion. By setting only in the vicinity of the resonance frequency in the first direction, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity signal by the detection electrode formed on the arm portion located in the center.
本発明の他の観点に係る角速度センサは、第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、前記第1及び第2のアーム部の励振の反作用により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で振動する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを具備する。   An angular velocity sensor according to another aspect of the present invention includes a first drive electrode, a first arm portion that excites in a first direction by piezoelectric driving, and a second drive electrode, A second arm portion that extends in the length direction of the first arm portion and excites in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving, the first direction and the length A detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a second direction perpendicular to the vertical direction, provided to extend in the length direction between the first arm portion and the second arm portion; A third arm portion that vibrates in an opposite phase to the vibration of the first and second arm portions by the reaction of excitation of the first and second arm portions; and the first, second, and third arms And a base portion that supports the portion.
第1及び第2の駆動電極に駆動信号である交流信号が加えられたとき、第1及び第2のアーム部が一体となって所定の基本モードの振動数で励振する。第3のアーム部は、第1及び第2のアーム部が振動するときの反作用により振動する。第3のアーム部が振動しているときに、角速度センサに外力が加えられると、検出電極によりコリオリ力が検出され、角速度が検出される。   When an AC signal, which is a drive signal, is applied to the first and second drive electrodes, the first and second arm portions are integrally excited at a predetermined fundamental mode frequency. The third arm portion vibrates due to a reaction when the first and second arm portions vibrate. When an external force is applied to the angular velocity sensor while the third arm portion is vibrating, the Coriolis force is detected by the detection electrode, and the angular velocity is detected.
本発明では、第1のアーム部及び第3のアーム部により発生する回転モーメントと、第2のアーム部及び第3のアーム部により発生する回転モーメントとは、互いに逆方向となる。したがって、第1〜第3のアーム部から基部に伝達される振動(振動漏れ)を大幅に低減することができる。   In the present invention, the rotational moment generated by the first arm portion and the third arm portion is opposite to the rotational moment generated by the second arm portion and the third arm portion. Therefore, vibration (vibration leakage) transmitted from the first to third arm portions to the base portion can be greatly reduced.
本発明において、前記基部は、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する支持部と、前記第1の駆動電極、前記第2の駆動電極及び前記検出電極を外部接続するための外部接続端子を有し、前記第2の方向に第1の幅で形成された固定部と、前記支持部と前記固定部とを連結し、前記第2の方向に前記第1の幅より小さい第2の幅で形成された連結部とを有する。   In the present invention, the base portion externally connects the support portion that supports the first, second, and third arm portions, and the first drive electrode, the second drive electrode, and the detection electrode. An external connection terminal having a first width in the second direction, the support portion, and the fixing portion are connected to each other, and smaller than the first width in the second direction. And a connecting portion formed with a second width.
本発明では、連結部の幅が固定部の幅より小さいことから、連結部が緩衝材となり、第1、第2及び第3のアーム部(以下、各アーム部という場合もある。)の振動が固定部に伝達しにくくなる。この場合、典型的には、各アーム部及び基部の厚さは実質的に同じである。しかし、本発明は、各アーム部及び基部の厚さが同じでなくても、連結部の体積が固定部の体積より小さく設計されていればよい趣旨である。すなわち、固定部及び緩衝部の幅は、必ずしも上記第1及び第2の幅で特定されなくてもよい。   In the present invention, since the width of the connecting portion is smaller than the width of the fixed portion, the connecting portion serves as a cushioning material, and vibrations of the first, second, and third arm portions (hereinafter also referred to as each arm portion). Becomes difficult to transmit to the fixed part. In this case, typically, the thickness of each arm and base is substantially the same. However, according to the present invention, even if the thickness of each arm portion and the base portion is not the same, it is only necessary that the volume of the connecting portion is designed to be smaller than the volume of the fixed portion. In other words, the widths of the fixed portion and the buffer portion need not necessarily be specified by the first and second widths.
すなわち、3本のアーム部を有する音叉型の振動子である本発明に係る角速度センサは、複数の振動系を持つ。その複数の振動系のうち、振動漏れの対策として着目される振動系は2つある。その第1の振動系は、各アーム部及び支持部による振動系である。第2の振動系は、各アーム部、支持部及び連結部による振動系である。したがって、第2の振動系の共振周波数(第2の共振周波数)は、第1の振動系の共振周波数(第1の共振周波数)より小さくなる。その結果、振動漏れを抑制することができる。また、第1の共振周波数より第2の共振周波数に近い外乱による振動が角速度センサに加えられたとしても、その外乱による振動は第2の振動系に吸収されやすくなり、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。   That is, the angular velocity sensor according to the present invention, which is a tuning fork type vibrator having three arm portions, has a plurality of vibration systems. Among the plurality of vibration systems, there are two vibration systems that are attracting attention as countermeasures against vibration leakage. The first vibration system is a vibration system including each arm portion and a support portion. A 2nd vibration system is a vibration system by each arm part, a support part, and a connection part. Therefore, the resonance frequency (second resonance frequency) of the second vibration system is smaller than the resonance frequency (first resonance frequency) of the first vibration system. As a result, vibration leakage can be suppressed. Moreover, even if a vibration due to a disturbance closer to the second resonance frequency than the first resonance frequency is applied to the angular velocity sensor, the vibration due to the disturbance is easily absorbed by the second vibration system, and high-accuracy output characteristics are obtained. It becomes possible to obtain stably.
本発明において、前記第1、第2、第3のアーム部及び前記支持部でなる振動系であって前記第1及び第2のアーム部の前記第1の方向の第1の振動系の共振周波数がfvであり、前記第1、第2、第3のアーム部、前記支持部及び前記連結部でなる振動系であって前記第1の方向の第2の振動系の共振周波数がf0である場合、0.25≦(f0/fv)≦1/√2である。f0/fvが0.25より低い場合、例えば第2の幅が小さく設計されたり、連結部の上記長さ方向(各アーム部の長さ方向)の長さが大きく設計されたりする必要がある。つまり、その場合、連結部が細い形状となり、各アーム部の振動による加振力や、角速度センサに加わる外部からの衝撃力によって、連結部が破断するおそれがある。一方、f0/fvが1/√2より高い場合、振動漏れ防止の機能が十分に発揮されなくなる。   In the present invention, the resonance of the first vibration system in the first direction of the first and second arm portions is a vibration system including the first, second, and third arm portions and the support portion. The frequency is fv, and the resonance frequency of the second vibration system in the first direction is f0, which is a vibration system including the first, second, and third arm portions, the support portion, and the connecting portion. In some cases, 0.25 ≦ (f0 / fv) ≦ 1 / √2. When f0 / fv is lower than 0.25, for example, the second width needs to be designed to be small, or the length of the connecting portion in the length direction (the length direction of each arm portion) needs to be designed to be large. . In other words, in this case, the connecting portion has a thin shape, and the connecting portion may be broken by an excitation force caused by vibration of each arm portion or an external impact force applied to the angular velocity sensor. On the other hand, when f0 / fv is higher than 1 / √2, the function of preventing vibration leakage is not sufficiently exhibited.
本発明において、前記第1及び前記第2のアーム部は、第1の共振周波数で励振し、前記第3のアーム部は、前記第1の共振周波数より1kHz〜2kHz低い第2の共振周波数の振動系を有する。第2の共振周波数が、共振周波数に近い場合、つまり、第1及び第2の共振周波数の差が、1kHzより低い場合、その第2の共振周波数による第3のアーム部の振動がノイズとなる。その結果、検出電極による検出精度が劣化する。第1及び第2の共振周波数の差が、2kHzより高い場合、第3のアーム部の形状またはサイズ等が、所定の適正な範囲内を逸脱する。その結果、第3のアーム部の第1及び第2の方向で共振周波数のバランスが悪化し、角速度センサの温度特性の劣化を招く。   In the present invention, the first and second arm portions are excited at a first resonance frequency, and the third arm portion has a second resonance frequency that is 1 kHz to 2 kHz lower than the first resonance frequency. Has a vibration system. When the second resonance frequency is close to the resonance frequency, that is, when the difference between the first and second resonance frequencies is lower than 1 kHz, the vibration of the third arm portion due to the second resonance frequency becomes noise. . As a result, the detection accuracy by the detection electrode deteriorates. When the difference between the first and second resonance frequencies is higher than 2 kHz, the shape or size of the third arm portion deviates from a predetermined appropriate range. As a result, the resonance frequency balance deteriorates in the first and second directions of the third arm portion, and the temperature characteristics of the angular velocity sensor are deteriorated.
本発明の別の観点に係る角速度センサは、第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、第3の駆動電極と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で励振する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを具備する。   An angular velocity sensor according to another aspect of the present invention includes a first drive electrode, a first arm portion that excites in a first direction by piezoelectric driving, and a second drive electrode, A second arm portion that is provided so as to extend in a length direction of the first arm portion and is excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving, a third drive electrode, Having a detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a first direction and a second direction orthogonal to the length direction, the length direction between the first arm portion and the second arm portion; And a third arm portion that is excited in a phase opposite to the vibration of the first and second arm portions by piezoelectric driving, and supports the first, second, and third arm portions. And a base.
この構成によっても、第1〜第3のアーム部から基部に伝達される振動(振動漏れ)を大幅に低減することができる。   Also with this configuration, vibration (vibration leakage) transmitted from the first to third arm portions to the base portion can be greatly reduced.
この角速度センサにおいて、前記第3のアーム部は、前記検出電極として、第1の検出電極と、該第3のアーム部の前記第1の方向の軸心に関して、前記第1の検出電極と対称な位置に配置された第2の電極とを有し、前記第1のアーム部は、該第1のアーム部に働くコリオリ力を検出する第3の検出電極を有し、前記第2のアーム部は、該第2のアーム部に働くコリオリ力を検出する第4の検出電極を有し、該角速度センサは、前記第1の検出電極からの出力信号と前記第3の検出電極からの出力信号との第1の和信号と、前記第2の検出電極からの出力信号と前記第4の検出電極からの出力信号との第2の和信号とをそれぞれ算出し、前記第1の和信号と前記第2の和信号の差分信号を角速度信号として検出する制御部を更に具備していてもよい。   In this angular velocity sensor, the third arm portion is symmetrical to the first detection electrode with respect to the first detection electrode and the axis of the third arm portion in the first direction as the detection electrode. A second electrode arranged at a position, and the first arm portion has a third detection electrode for detecting a Coriolis force acting on the first arm portion, and the second arm The unit has a fourth detection electrode that detects Coriolis force acting on the second arm unit, and the angular velocity sensor outputs an output signal from the first detection electrode and an output from the third detection electrode. A first sum signal of the signal, a second sum signal of the output signal from the second detection electrode and the output signal from the fourth detection electrode, respectively, and calculating the first sum signal. And a controller for detecting a difference signal between the second sum signal and the angular velocity signal. It may be.
これにより、第1の和信号と第2の和信号との差分信号を角速度信号として検出することで、当該角速度センサに衝撃等の加速度が加わった場合には、当該角速度信号が相殺されるため、加速度成分を起因とするノイズの発生を回避することができる。   As a result, by detecting the difference signal between the first sum signal and the second sum signal as an angular velocity signal, the angular velocity signal is canceled when acceleration such as impact is applied to the angular velocity sensor. The generation of noise due to the acceleration component can be avoided.
本発明に係る電子機器は、筐体と、第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、前記第1及び第2のアーム部の励振の反作用により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で振動する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを含み、前記筐体内に配置された角速度センサとを具備する。   The electronic apparatus according to the present invention includes a housing, a first drive electrode, a first arm portion that is excited in a first direction by piezoelectric driving, and a second drive electrode, A second arm portion that extends in the length direction of the first arm portion and excites in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving, the first direction and the length A detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a second direction perpendicular to the vertical direction, provided to extend in the length direction between the first arm portion and the second arm portion; A third arm portion that vibrates in an opposite phase to the vibration of the first and second arm portions by the reaction of excitation of the first and second arm portions; and the first, second, and third arms And an angular velocity sensor disposed in the housing.
本発明の別の観点に係る電子機器は、本体と、第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、第3の駆動電極と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で励振する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを含み、前記本体内に配置された角速度センサとを具備する。   An electronic apparatus according to another aspect of the present invention includes a main body, a first drive electrode, a first arm portion that excites in a first direction by piezoelectric drive, and a second drive electrode, A second arm portion provided so as to extend in the length direction of the first arm portion and excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving; and a third drive electrode And a detection electrode that detects a Coriolis force acting in a second direction orthogonal to the first direction and the length direction, and between the first arm portion and the second arm portion, A third arm portion provided to extend in a length direction and excited by a piezoelectric drive in a phase opposite to the vibration of the first and second arm portions; and the first, second, and third arm portions And an angular velocity sensor disposed in the main body.
以上述べたように、本発明によれば、各アーム部の振動が基部へ伝達されることを抑制して安定した角速度検出動作を実現することができるとともに、外乱に強い角速度センサを構成することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a stable angular velocity detection operation by suppressing the vibration of each arm portion from being transmitted to the base portion, and to construct an angular velocity sensor that is resistant to disturbance. Can do.
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の各実施形態に限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態による角速度センサ10Aの概略構成を示す底面図である。本実施形態の角速度センサ10Aは、基部11と、この基部11から一体的にほぼ同一方向(y軸方向)へ延出された断面四角形状の3本のアーム部12A(第1のアーム部),12B(第3のアーム部),12C(第2のアーム部)とを備えている。y軸方向が、これら3本のアーム部12A、12B、12Cの長さ方向となる。これら基部11及びアーム部12A〜12Cは、シリコンウエハなどの圧電特性を有さない単結晶基板から所定形状に切り出され、一表面に、後述する圧電機能層や各種リード配線部が形成されることによって、角速度センサ10Aを構成している。なお、この角速度センサ10Aの概ねの大きさは、z軸方向の幅が約1mm、y軸方向の全長が約3mm、z軸方向の厚みが約0.3mmである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a bottom view showing a schematic configuration of an angular velocity sensor 10A according to a first embodiment of the present invention. An angular velocity sensor 10A according to the present embodiment includes a base 11 and three arms 12A (first arm) having a quadrangular cross section integrally extending from the base 11 in substantially the same direction (y-axis direction). , 12B (third arm portion), 12C (second arm portion). The y-axis direction is the length direction of these three arm portions 12A, 12B, and 12C. The base portion 11 and the arm portions 12A to 12C are cut into a predetermined shape from a single crystal substrate having no piezoelectric characteristics such as a silicon wafer, and a piezoelectric functional layer and various lead wiring portions described later are formed on one surface. Thus, the angular velocity sensor 10A is configured. The approximate size of the angular velocity sensor 10A is that the width in the z-axis direction is about 1 mm, the total length in the y-axis direction is about 3 mm, and the thickness in the z-axis direction is about 0.3 mm.
アーム部12A〜12Cは、角速度センサ10Aの振動子を構成している。本実施形態において、各アーム部12A〜12Cは、例えば、それぞれ同一のアーム長、形成幅、形成厚で形成されているが、勿論これに限られない。以後の説明では、これら3本のアーム部12A〜12Cのうち、外側に位置する2本のアーム部12A及びアーム部12Bを外側アーム部12A,12Bとそれぞれ称し、中央に位置するアーム部12Cを中央アーム部と称することとする。   The arm portions 12A to 12C constitute a vibrator of the angular velocity sensor 10A. In the present embodiment, each of the arm portions 12A to 12C is formed with, for example, the same arm length, formation width, and formation thickness, but is not limited to this. In the following description, out of these three arm portions 12A to 12C, the two arm portions 12A and 12B located outside are referred to as outer arm portions 12A and 12B, respectively, and the arm portion 12C located in the center is referred to as the outer arm portion 12A. It will be referred to as a central arm portion.
図2は図1における[2]−[2]線方向断面図であり、各アーム部12A〜12Cの断面形状を示している。外側アーム部12A,12Bの一表面には、圧電機能層15A,15Bがそれぞれ形成されている。圧電機能層15A,15Bは、外側アーム部12A,12B上に形成された下地電極膜17a,17bと、この下地電極膜17a,17bの上に形成された圧電膜16a,16bと、この圧電膜16a,16bの上に形成された駆動電極13a(第1の駆動電極),13b(第2の駆動電極)によって構成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view in the [2]-[2] line direction in FIG. 1 and shows the cross-sectional shapes of the arm portions 12A to 12C. Piezoelectric functional layers 15A and 15B are formed on one surface of the outer arm portions 12A and 12B, respectively. The piezoelectric functional layers 15A and 15B include base electrode films 17a and 17b formed on the outer arm portions 12A and 12B, piezoelectric films 16a and 16b formed on the base electrode films 17a and 17b, and the piezoelectric film. Drive electrodes 13a (first drive electrodes) and 13b (second drive electrodes) formed on 16a and 16b are formed.
一方、中央アーム部12Cの一表面には、圧電機能層15Cが形成されている。圧電機能層15Cは、中央アーム部12C上に形成された下地電極膜17cと、この下地電極膜17cの上に形成された圧電膜16cと、この圧電膜16cの上に形成された参照電極13cおよび検出電極14a(第1の検出電極),14b(第2の検出電極)によって構成されている。検出電極14a,14bは、中央アーム部12Cの軸心上に配置された参照電極13cに関して対称な位置にそれぞれ形成されている。   On the other hand, a piezoelectric functional layer 15C is formed on one surface of the central arm portion 12C. The piezoelectric functional layer 15C includes a base electrode film 17c formed on the central arm portion 12C, a piezoelectric film 16c formed on the base electrode film 17c, and a reference electrode 13c formed on the piezoelectric film 16c. And detection electrodes 14a (first detection electrodes) and 14b (second detection electrodes). The detection electrodes 14a and 14b are formed at symmetrical positions with respect to the reference electrode 13c disposed on the axis of the central arm portion 12C.
ここで、下地電極膜17a〜17cは、Si基板にスパッタ法で形成したTi(チタン)とPt(白金)の積層膜からなり、圧電機能層15A〜15Cにおいて共通の電極膜としてアーム部12A〜12C間に形成されている。圧電膜16a〜16cは、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)のターゲットを酸素雰囲気中でRFスパッタすることで形成される。駆動電極13a,13b、参照電極13c、検出電極14a,14bは、圧電膜16a〜16cの上に形成したPt膜を、フォトリソグラフィ技術を用いて各電極形状にパターニングすることによって形成される。電極パターンの形成後、圧電膜16a〜16cについても上述の電極形状に合わせてパターニングされる。   Here, the base electrode films 17a to 17c are made of a laminated film of Ti (titanium) and Pt (platinum) formed on the Si substrate by sputtering, and the arm portions 12A to 12A are used as common electrode films in the piezoelectric functional layers 15A to 15C. It is formed between 12C. The piezoelectric films 16a to 16c are formed, for example, by RF sputtering a PZT (lead zirconate titanate) target in an oxygen atmosphere. The drive electrodes 13a and 13b, the reference electrode 13c, and the detection electrodes 14a and 14b are formed by patterning a Pt film formed on the piezoelectric films 16a to 16c into each electrode shape using a photolithography technique. After the electrode pattern is formed, the piezoelectric films 16a to 16c are also patterned in accordance with the above-described electrode shape.
角速度センサ10Aは、IC回路素子などの制御部31Aによって駆動制御される。各アーム部12A〜12Cの下地電極膜17a〜17cは、制御部31AのVref端子にそれぞれ接続されている。Vref端子は基準電極となるグラウンド端子を構成している。外側アーム部12A,12B上の駆動電極13a,13bは、制御部31AのG0端子にそれぞれ接続されており、自励発振回路32で生成された駆動信号が入力される。また、中央アーム部12Cの振動特性を検出する参照電極13cはG1端子に接続され、検出電極14a,14bはGa,Gb端子にそれぞれ接続されている。Ga,Gb,G1端子は演算回路33に接続されており、演算回路33は、参照電極13cの出力を駆動用信号として自励発振回路32へフィードバックし、検出電極14a,14bの差分信号を角速度信号として検波回路36へ出力する。検波回路36で信号処理された検出信号は、平滑回路37へ供給された後、角速度信号として処理される。   The angular velocity sensor 10A is driven and controlled by a control unit 31A such as an IC circuit element. The base electrode films 17a to 17c of the arm parts 12A to 12C are connected to the Vref terminal of the control part 31A, respectively. The Vref terminal constitutes a ground terminal serving as a reference electrode. The drive electrodes 13a and 13b on the outer arm portions 12A and 12B are connected to the G0 terminal of the control unit 31A, respectively, and the drive signal generated by the self-excited oscillation circuit 32 is input. Further, the reference electrode 13c for detecting the vibration characteristic of the central arm portion 12C is connected to the G1 terminal, and the detection electrodes 14a and 14b are connected to the Ga and Gb terminals, respectively. The Ga, Gb, and G1 terminals are connected to the arithmetic circuit 33. The arithmetic circuit 33 feeds back the output of the reference electrode 13c as a drive signal to the self-excited oscillation circuit 32, and outputs the difference signal of the detection electrodes 14a and 14b to the angular velocity. The signal is output to the detection circuit 36. The detection signal signal-processed by the detection circuit 36 is supplied to the smoothing circuit 37 and then processed as an angular velocity signal.
なお、詳述せずとも、制御部31Aに対する角速度センサ10Aの接続は、図示しない実装基板を介して行われる。本実施形態では、制御部31Aを構成するIC素子が実装された実装基板に対して、角速度センサ10Aがフリップチップ実装される。フリップチップ実装に用いられる複数のバンプは、角速度センサ10Aの基部11に形成される。基部11の実装面には、各アーム部12A〜12Cの圧電機能層15A〜15Cと上記複数のバンプとの間を電気的に接続するリード配線部(図示略)が形成されている。   Even if not described in detail, the angular velocity sensor 10A is connected to the control unit 31A through a mounting board (not shown). In the present embodiment, the angular velocity sensor 10A is flip-chip mounted on the mounting substrate on which the IC elements constituting the control unit 31A are mounted. A plurality of bumps used for flip chip mounting are formed on the base 11 of the angular velocity sensor 10A. On the mounting surface of the base portion 11, lead wiring portions (not shown) for electrically connecting the piezoelectric functional layers 15A to 15C of the arm portions 12A to 12C and the plurality of bumps are formed.
図3A,Bは、角速度センサ10Aの動作時における各アーム部12A〜12Cの振動形態を示している。外側アーム部12A,12B上の各々の駆動電極13a,13bには共通の駆動信号が入力される。これにより、圧電膜16a,16bの逆圧電効果により、図3A,Bに示すように、外側アーム部12A,12Bは、圧電機能層15A,15B(圧電膜16a,16b)の膜面に対して垂直な方向(z軸方向)に同相で励振される。   3A and 3B show vibration forms of the arm portions 12A to 12C during the operation of the angular velocity sensor 10A. A common drive signal is input to the drive electrodes 13a and 13b on the outer arm portions 12A and 12B. As a result, due to the reverse piezoelectric effect of the piezoelectric films 16a and 16b, the outer arm portions 12A and 12B are moved relative to the film surfaces of the piezoelectric functional layers 15A and 15B (piezoelectric films 16a and 16b) as shown in FIGS. Excited in the vertical direction (z-axis direction) in phase.
中央アーム部12Cは、外側アーム部12A,12Bの振動の反作用を受けて、同じくz軸方向に外側アーム部12A,12Bとは逆相で振動する。このとき、参照電極13c及び検出電極14a,14bは、圧電膜16cの圧電効果により、アーム部12Cの振動特性を電気的に検出し、参照電極13cを介して検出された参照信号は、制御部31A内の自励発振回路32にフィードバックされ、検出電極14a,14bを介して検出された検出信号の差分信号は、角速度信号として処理される。角速度が印加されていない場合、検出電極14a,14bの差分信号は原理的に0となる。   The central arm portion 12C receives the reaction of the vibrations of the outer arm portions 12A and 12B, and similarly vibrates in the opposite direction to the outer arm portions 12A and 12B in the z-axis direction. At this time, the reference electrode 13c and the detection electrodes 14a and 14b electrically detect the vibration characteristics of the arm portion 12C by the piezoelectric effect of the piezoelectric film 16c, and the reference signal detected via the reference electrode 13c The difference signal of the detection signal fed back to the self-excited oscillation circuit 32 in 31A and detected via the detection electrodes 14a and 14b is processed as an angular velocity signal. When the angular velocity is not applied, the difference signal between the detection electrodes 14a and 14b becomes 0 in principle.
一方、この状態において、y軸方向の周りに角速度が作用すると、各アーム部12A,12Bにコリオリ力が生じて各アーム部12A〜12Cを圧電機能層15A〜15Cの形成面と平行な方向(x軸方向)に振動する成分が生成される。この振動成分は、中央アーム部12C上の圧電膜16cの圧電効果を利用して検出電極14a,14bにより検出され、これの差分信号に基づいて角速度の大きさと方向が検出される。   On the other hand, in this state, when an angular velocity acts around the y-axis direction, a Coriolis force is generated in each of the arm portions 12A and 12B, causing each of the arm portions 12A to 12C to be parallel to the formation surface of the piezoelectric functional layers 15A to 15C ( A component that vibrates in the x-axis direction) is generated. This vibration component is detected by the detection electrodes 14a and 14b using the piezoelectric effect of the piezoelectric film 16c on the central arm portion 12C, and the magnitude and direction of the angular velocity are detected based on the difference signal therebetween.
本実施形態において、各アーム部12A〜12Cの動作周波数、すなわち、基本モード時におけるz軸方向の共振周波数(以下「縦共振周波数」という。)fvがそれぞれ同一の周波数に設定されている。また、角速度の検出周波数、すなわち、各アーム部12A〜12Cのx軸方向の共振周波数(以下「横共振周波数」という。)fhは、中央アーム部12Cについてのみが縦共振周波数fv付近に設定されている。外側アーム部12A,12Bの横共振周波数fhは、縦共振周波数fvから数百〜数キロHz離して異なる周波数に設定されている。   In the present embodiment, the operating frequency of each of the arm portions 12A to 12C, that is, the resonance frequency in the z-axis direction (hereinafter referred to as “longitudinal resonance frequency”) fv in the basic mode is set to the same frequency. The angular velocity detection frequency, that is, the resonance frequency in the x-axis direction of each of the arms 12A to 12C (hereinafter referred to as “lateral resonance frequency”) fh is set near the longitudinal resonance frequency fv only for the central arm 12C. ing. The lateral resonance frequency fh of the outer arm portions 12A and 12B is set to a different frequency by being separated from the longitudinal resonance frequency fv by several hundred to several kiloHz.
上述のように、本実施形態の角速度センサ10Aにおいては、基本モードでの振動時、外側アーム部12A,12Bが同相で励振され、中央アーム部12Cが外側アーム部12A,12Bと逆相で励振される。また、角速度検出時においても、中央アーム部12Cの振動方向は、外側アーム部12A,12Bの振動方向とは逆方向となる。従って、本実施形態によれば、各アーム部12A〜12C間において振動による回転モーメントが発生する。一方の外側アーム部12Aと中央アーム部12Cとの間に発生する回転モーメントと、他方の外側アーム部12Bと中央アーム部12Cとの間に発生する回転モーメントとは、互いに逆方向となる。結果的に基部11に伝達される振動を大幅に低減することが可能となる。これにより、アーム部12A〜12Cを支持する基部11への振動漏れを抑制して、角速度検出特性の劣化を防ぐことが可能となる。   As described above, in the angular velocity sensor 10A of the present embodiment, when vibrating in the basic mode, the outer arm portions 12A and 12B are excited in the same phase, and the central arm portion 12C is excited in the opposite phase to the outer arm portions 12A and 12B. Is done. Also, at the time of angular velocity detection, the vibration direction of the central arm portion 12C is opposite to the vibration direction of the outer arm portions 12A and 12B. Therefore, according to the present embodiment, a rotational moment due to vibration is generated between the arm portions 12A to 12C. The rotational moment generated between one outer arm portion 12A and the central arm portion 12C is opposite to the rotational moment generated between the other outer arm portion 12B and the central arm portion 12C. As a result, vibration transmitted to the base 11 can be greatly reduced. As a result, it is possible to suppress vibration leakage to the base portion 11 that supports the arm portions 12A to 12C, and to prevent deterioration of angular velocity detection characteristics.
また、本実施形態の角速度センサ10Aにおいては、駆動電極13a,13bによる各アーム部12A〜12Cの励振方向を圧電機能層15A〜15Cの形成面に対して垂直な方向(z軸方向)に設定しているので、その検出方向(x軸方向)と異なり、本来的に安定した振動モードで振動させることができる。すなわち、圧電膜16a,16bによる振動励起の剛心がアーム部12A,12Bの重心と一致することで、圧電機能層15A,15Bの形成面に対して垂直な第1の方向(z軸方向)の方が、圧電機能層15A,15Bの形成面に対して平行な第2の方向(x軸方向)に比べてアーム部12A,12Bの励振が容易となる。このため、外乱の重畳による駆動周波数の変動に対しても上記第2の方向への振動遷移を抑制でき、安定した基本モードを維持することが可能となる。これにより、外乱に対して強い角速度センサを構成することができ、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。   In the angular velocity sensor 10A of the present embodiment, the excitation directions of the arm portions 12A to 12C by the drive electrodes 13a and 13b are set in a direction (z-axis direction) perpendicular to the formation surface of the piezoelectric functional layers 15A to 15C. Therefore, unlike the detection direction (x-axis direction), it can be vibrated in an inherently stable vibration mode. That is, the rigidity of vibration excitation by the piezoelectric films 16a and 16b coincides with the center of gravity of the arm portions 12A and 12B, so that the first direction (z-axis direction) perpendicular to the formation surface of the piezoelectric functional layers 15A and 15B. This facilitates excitation of the arm portions 12A and 12B as compared with the second direction (x-axis direction) parallel to the formation surfaces of the piezoelectric functional layers 15A and 15B. For this reason, it is possible to suppress the vibration transition in the second direction even when the driving frequency fluctuates due to the superposition of disturbance, and to maintain a stable basic mode. Thereby, an angular velocity sensor that is strong against disturbance can be configured, and high-accuracy output characteristics can be stably obtained.
更に、本実施形態では、中央アーム部12Cについてのみその横共振周波数fhを縦共振周波数fv付近に設定し、外側アーム部12A,12Bについての横共振周波数fhを縦共振周波数fvから遠ざけて設定しているので、角速度の検出精度の向上を図ることができると同時に、外側アーム部12A,12Bの基本動作モード時における振動方向の安定化を図ることができる。   Further, in the present embodiment, the lateral resonance frequency fh is set near the longitudinal resonance frequency fv only for the central arm portion 12C, and the transverse resonance frequency fh for the outer arm portions 12A and 12B is set away from the longitudinal resonance frequency fv. Therefore, the detection accuracy of the angular velocity can be improved, and at the same time, the vibration direction in the basic operation mode of the outer arms 12A and 12B can be stabilized.
なお、外側アーム部12A,12Bの横共振周波数fhは、その縦共振周波数fvと話して設計するほど振動方向のばらつきを抑えることができる。図4は|fv−fh|の値をΔfとしたときに、Δf/fvの大きさと励振時のアーム部の振動方向のばらつき(3σ)との関係を示している。図4からわかるように、Δfが大きいほど、すなわち、fhがfvから離れて設定されるほどアーム部の振動方向の安定化を図ることができる。特に本例では、Δf/fvが0.1のとき、振動方向のばらつきをほぼゼロに抑えることができる。   The lateral resonance frequency fh of the outer arm portions 12A and 12B can suppress variation in the vibration direction as it is designed by talking with the longitudinal resonance frequency fv. FIG. 4 shows the relationship between the magnitude of Δf / fv and the variation (3σ) in the vibration direction of the arm portion during excitation, when the value of | fv−fh | is Δf. As can be seen from FIG. 4, the vibration direction of the arm portion can be stabilized as Δf is larger, that is, as fh is set away from fv. Particularly in this example, when Δf / fv is 0.1, variation in the vibration direction can be suppressed to almost zero.
(第2の実施形態)
図5は本発明の第2の実施形態による角速度センサ10Bの構成を示している。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a configuration of an angular velocity sensor 10B according to the second embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Bは、中央アーム部12Cの圧電機能層15Bの構成において、参照電極が形成されていない点で上述の第1の実施形態の構成と異なっている。本実施形態では、制御部41B内の演算回路33を加算器と差動増幅器で構成し、一対の検出電極14a,14bの和信号を上記加算器で演算して自励発振回路32へフィードバックし、一対の検出電極14a,14bの差分信号を検波回路36へ出力し、角速度信号として処理するようにしている。   The angular velocity sensor 10B of the present embodiment differs from the configuration of the first embodiment described above in that the reference electrode is not formed in the configuration of the piezoelectric functional layer 15B of the central arm portion 12C. In the present embodiment, the arithmetic circuit 33 in the control unit 41B is configured by an adder and a differential amplifier, and the sum signal of the pair of detection electrodes 14a and 14b is calculated by the adder and fed back to the self-excited oscillation circuit 32. The difference signal between the pair of detection electrodes 14a and 14b is output to the detection circuit 36 and processed as an angular velocity signal.
以上のように構成される本実施形態の角速度センサ10Bにおいても上述の第1の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。   Also in the angular velocity sensor 10B of the present embodiment configured as described above, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
(第3の実施形態)
図6は本発明の第3の実施形態による角速度センサ10Cの構成を示している。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of an angular velocity sensor 10C according to the third embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Cは、中央アーム部12C上に形成される一対の検出電極14a,14bに加えて、外側アーム部12A,12B上にそれぞれ1本ずつ検出電極14c,14dを形成した点で、上述の第1の実施形態と異なっている。なお、中央アーム部12Cは上述の第2の実施形態と同様に構成されている。   The angular velocity sensor 10C of the present embodiment has one detection electrode 14c and 14d formed on each of the outer arm portions 12A and 12B in addition to the pair of detection electrodes 14a and 14b formed on the central arm portion 12C. This is different from the first embodiment described above. The central arm portion 12C is configured in the same manner as in the second embodiment described above.
検出電極14cは、一方(図6において左側)の外側アーム12A上に形成された圧電機能層15Aとして、駆動電極13aの中央アーム部12C寄りに形成されている。また、検出電極14dは、他方(図6において右側)の外側アーム12B上に形成された圧電機能層15Bとして、駆動電極13bの中央アーム部12C寄りに形成されている。検出電極14a,14b,14c,14dは、制御部31CのGa端子、Gb端子、Gc端子、Gd端子にそれぞれ接続されている。   The detection electrode 14c is formed near the central arm portion 12C of the drive electrode 13a as a piezoelectric functional layer 15A formed on one (left side in FIG. 6) outer arm 12A. Further, the detection electrode 14d is formed near the central arm portion 12C of the drive electrode 13b as the piezoelectric functional layer 15B formed on the other (right side in FIG. 6) outer arm 12B. The detection electrodes 14a, 14b, 14c, and 14d are connected to the Ga terminal, Gb terminal, Gc terminal, and Gd terminal of the control unit 31C, respectively.
上述のように、中央アーム部12Cだけでなく外側アーム部12A,12Bにも検出電極を設けることにより、角速度信号の検出精度を高めることが可能となる。この場合、制御部31C内の演算回路33は、(Gd+Gc)−(Gb+Ga)なる和信号を駆動用信号として自励発振回路32へ出力する一方、(Gd+Gb)−(Ga+Gc)なる差分信号を角速度信号として検波回路36へ出力するように構成されている。ここで、Ga,Gb,Gc,Gdはそれぞれ、検出電極14a,14b,14c,14dの検出信号を表す。   As described above, the detection accuracy of the angular velocity signal can be increased by providing the detection electrodes not only in the central arm portion 12C but also in the outer arm portions 12A and 12B. In this case, the arithmetic circuit 33 in the control unit 31C outputs the sum signal (Gd + Gc) − (Gb + Ga) as a driving signal to the self-excited oscillation circuit 32, while the differential signal (Gd + Gb) − (Ga + Gc) is output as the angular velocity. The signal is output to the detection circuit 36 as a signal. Here, Ga, Gb, Gc, and Gd represent detection signals of the detection electrodes 14a, 14b, 14c, and 14d, respectively.
(第4の実施形態)
図7Aは本発明の第4の実施形態による角速度センサ10Dの概略構成を示している。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A shows a schematic configuration of an angular velocity sensor 10D according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Dは、図示しない実装基板に対してフリップチップ実装するための複数のバンプ20a,20b,20c,20dを備えている。これらのバンプ20a〜20dは、基部11の裏面側に設けられており、図示せずともこの基部11の裏面側にパターン形成されたリード配線部を介して、アーム部12A〜12C上の対応する圧電機能層15A〜15Cに電気的に接続されている。すなわち、バンプ20a〜20dは各アーム部12A〜12Cに対する信号の入出力用の外部接続端子を構成している。なお、図7Aに示した例では、バンプの数を4個としたが、バンプの形成数はこれに限定されない。   The angular velocity sensor 10D of this embodiment includes a plurality of bumps 20a, 20b, 20c, and 20d for flip-chip mounting on a mounting substrate (not shown). These bumps 20a to 20d are provided on the back surface side of the base portion 11, and correspondingly on the arm portions 12A to 12C via a lead wiring portion patterned on the back surface side of the base portion 11 (not shown). The piezoelectric functional layers 15A to 15C are electrically connected. That is, the bumps 20a to 20d constitute external connection terminals for inputting and outputting signals to the arm portions 12A to 12C. In the example shown in FIG. 7A, the number of bumps is four, but the number of bumps is not limited to this.
特に、本実施形態の角速度センサ10Dは、各バンプ20a〜20dが基部11の裏面上において、3本のアーム部12A〜12Cの間の振動が最小の位置に形成されている。このように各バンプ20a〜20dの形成位置を規定することによって、動作時における実装基板への振動もれを抑制できるようになる。   In particular, in the angular velocity sensor 10 </ b> D of the present embodiment, the bumps 20 a to 20 d are formed on the back surface of the base portion 11 at a position where vibration between the three arm portions 12 </ b> A to 12 </ b> C is minimum. By defining the formation positions of the bumps 20a to 20d in this way, it is possible to suppress vibration leakage to the mounting substrate during operation.
図7Bは、基部11の幅方向の各位置とアーム部12A〜12Cからの振動のもれ量との関係を示している。図7Bに示すように、各アーム部12A〜12Cの軸心の延長線上に対応する位置が最も振動もれ量が大きい。そこで、本実施形態では、これら3本のアーム部12A〜12Cの軸心の延長線上に各バンプ12A〜12Cが形成されないように、すなわち、延長線上からずれた位置に形成されている。好適には、図示するように、振動もれ量の最小位置であるアーム部間の位置にバンプ20a〜20dを配置する。バンプの形成位置と実装基板へ伝播される振動もれ量との関係例を図8に示す。バンプ位置によって振動もれ量が大きく変化することがわかる。   FIG. 7B shows the relationship between each position in the width direction of the base portion 11 and the amount of vibration leakage from the arm portions 12A to 12C. As shown in FIG. 7B, the position corresponding to the extension line of the axial center of each of the arm portions 12A to 12C has the largest amount of vibration leakage. Therefore, in the present embodiment, the bumps 12A to 12C are not formed on the extension lines of the axial centers of the three arm portions 12A to 12C, that is, formed at positions shifted from the extension lines. Preferably, as shown in the drawing, bumps 20a to 20d are arranged at positions between the arm portions where the vibration leakage amount is minimum. An example of the relationship between the bump formation position and the amount of vibration leakage transmitted to the mounting substrate is shown in FIG. It can be seen that the amount of vibration leakage varies greatly depending on the bump position.
(第5の実施形態)
図9Aは本発明の第5の実施形態による角速度センサ10Eの概略構成を示している。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Fifth embodiment)
FIG. 9A shows a schematic configuration of an angular velocity sensor 10E according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Eは、中央アーム部12Cに振動錘部21が設けられている点で、上述の第1の実施形態と異なっている。本実施形態において、振動錘部21は、中央アーム部12Cの先端部に一体的に形成されているが、振動錘部21の形成位置はこれに限定されない。振動錘部21を中央アーム部12Cに設けることにより、図9Bに示すように、中央アーム部12Cの振動力を外側12A,12Bの振動力よりも大きくすることができる。従って、振動錘部21の設計を最適化することによって、2本の外側アーム部12A,12Bが発生させる振動を1本の中央アーム部12Cで打ち消すことが可能となる。これにより、アーム部12A〜12Cの根元部位に伝播する振動を力のつり合いによりキャンセルでき、基部11および実装基板への振動もれを大幅に低減できるようになる。   The angular velocity sensor 10E of the present embodiment is different from the first embodiment described above in that a vibrating weight portion 21 is provided in the central arm portion 12C. In the present embodiment, the vibration weight portion 21 is formed integrally with the distal end portion of the central arm portion 12C, but the formation position of the vibration weight portion 21 is not limited to this. By providing the vibration weight portion 21 on the central arm portion 12C, the vibration force of the central arm portion 12C can be made larger than the vibration forces of the outer sides 12A and 12B as shown in FIG. 9B. Therefore, by optimizing the design of the vibration weight portion 21, the vibration generated by the two outer arm portions 12A and 12B can be canceled by the single central arm portion 12C. Thereby, the vibration propagating to the base portion of the arm portions 12A to 12C can be canceled by the balance of force, and the vibration leakage to the base portion 11 and the mounting substrate can be greatly reduced.
なお、本実施形態の角速度センサ10Eにおいては、振動錘部21を設けることにより、中央アーム部12Cの共振周波数が低くなり、従って、3本のアーム部12A〜12Cの共振周波数を合わせるためには、中央アーム部12Cのアーム長は外側アーム部12A,12Bのアーム長よりも短くなる。また、この例では、外側アーム部12A,12Bの形成幅を大きくできるため、駆動電極13a,13bの形成幅も大きくでき、アーム部の振動振幅を大きくして角速度検出特性の向上を図ることが可能となる。   In the angular velocity sensor 10E of the present embodiment, by providing the vibration weight portion 21, the resonance frequency of the central arm portion 12C is lowered. Therefore, in order to match the resonance frequencies of the three arm portions 12A to 12C The arm length of the central arm portion 12C is shorter than the arm lengths of the outer arm portions 12A and 12B. In this example, since the formation width of the outer arm portions 12A and 12B can be increased, the formation width of the drive electrodes 13a and 13b can also be increased, and the vibration amplitude of the arm portion can be increased to improve the angular velocity detection characteristics. It becomes possible.
(第6の実施形態)
図10Aは本発明の第6の実施形態による角速度センサ10Fの概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Sixth embodiment)
FIG. 10A is a schematic configuration diagram of an angular velocity sensor 10F according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Fは、中央アーム部12Cの形成幅W2(第2の幅)が外側アーム部12A,12Bの形成幅W1(第1の幅)よりも大きく形成されている点で、上述の第1の実施形態と異なっている。この構成により、図10Bに示すように、中央アーム部12Cの振動力を外側アーム部12A,12Bの振動力よりも大きくすることができる。これにより、中央アーム部12Cの形成幅を最適化する(例えば、W2=2W1とする)ことによって、2本の外側アーム部12A,12Bが発生させる振動を1本の中央アーム部12Cで打ち消すことが可能となる。これにより、アーム部12A〜12Cの根元部位に伝播する振動を力のつり合いによりキャンセルでき、基部11および実装基板への振動もれを大幅に低減できるようになる。   The angular velocity sensor 10F of the present embodiment is such that the formation width W2 (second width) of the central arm portion 12C is formed larger than the formation width W1 (first width) of the outer arm portions 12A and 12B. This is different from the first embodiment described above. With this configuration, as shown in FIG. 10B, the vibration force of the central arm portion 12C can be made larger than the vibration force of the outer arm portions 12A and 12B. Thereby, by optimizing the formation width of the central arm portion 12C (for example, W2 = 2W1), the vibration generated by the two outer arm portions 12A and 12B is canceled by the single central arm portion 12C. Is possible. Thereby, the vibration propagating to the base portion of the arm portions 12A to 12C can be canceled by the balance of force, and the vibration leakage to the base portion 11 and the mounting substrate can be greatly reduced.
なお、本実施形態においては、中央アーム部12Cのアーム長を外側アーム部12A,12Bのアーム長と同等としているが、勿論これに限られず、例えば、中央アーム部12Cのアーム長を外側アーム部12A,12bのアーム長よりも長くして、共振周波数の同調を図るようにしてもよい。   In this embodiment, the arm length of the central arm portion 12C is equal to the arm length of the outer arm portions 12A and 12B, but of course not limited to this, for example, the arm length of the central arm portion 12C is set to the outer arm portion. The resonance frequency may be tuned by making it longer than the arm lengths of 12A and 12b.
図11は、上述の第1の実施形態において説明した角速度センサにおいて、アーム部(振動子)の根元部位に伝播する振動もれ量と実装基板への振動漏れ量との関係の一例を示している。アーム部の根元部位に伝播する振動もれ量が大きくなるほど実装基板への振動もれ量が大きくなる傾向にあることがわかる。図12は、上述の第1、第5及び第6の各実施形態の構成におけるアーム部の根元部位に伝播する振動量を比較して示している。第1の実施形態において50nmppあった振動もれ量を、第5の実施形態では15nmpp、第6の実施形態では10nmppまで低減できることがわかる。なお、単位中「pp」は「ピーク・トゥー・ピーク」を意味し、振動振幅の最大値と最小値との間の大きさを表している。   FIG. 11 shows an example of the relationship between the amount of vibration leakage propagating to the base part of the arm portion (vibrator) and the amount of vibration leakage to the mounting board in the angular velocity sensor described in the first embodiment. Yes. It can be seen that the amount of vibration leakage to the mounting substrate tends to increase as the amount of vibration leakage propagated to the base portion of the arm portion increases. FIG. 12 shows a comparison of the amount of vibration that propagates to the root portion of the arm portion in the configurations of the first, fifth, and sixth embodiments. It can be seen that the amount of vibration leakage that was 50 nmpp in the first embodiment can be reduced to 15 nmpp in the fifth embodiment and 10 nmpp in the sixth embodiment. In the unit, “pp” means “peak-to-peak” and represents a size between the maximum value and the minimum value of the vibration amplitude.
(第7の実施形態)
図13は本発明の第7の実施形態による角速度センサ10Gの概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Seventh embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an angular velocity sensor 10G according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Gは、3本のアーム部12A〜12Cを支持する基部11の構成が上述の第1の実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態において、基部11は、3本のアーム部12A〜12Cを支持する支持部22と、実装基板に実装される複数のバンプ(外部接続端子)20が形成された固定部24と、支持部22と固定部24との間に形成された緩衝部(連結部)23とによって構成されている。   The angular velocity sensor 10G of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the base 11 that supports the three arm portions 12A to 12C. That is, in the present embodiment, the base 11 includes a support portion 22 that supports the three arm portions 12A to 12C, and a fixing portion 24 on which a plurality of bumps (external connection terminals) 20 that are mounted on the mounting substrate are formed. The buffer portion (connecting portion) 23 is formed between the support portion 22 and the fixing portion 24.
緩衝部23は、基部11の形成幅に対応する支持部22および固定部24の形成幅よりも小さい幅で構成されている。すなわち、緩衝部23の第2の方向(x軸方向)の幅(第2の幅)d2は、支持部22および固定部24の幅(第1の幅)d1よりも小さい幅で形成されている。これにより、アーム部12A〜12Cの根元部位を構成する支持部22から、バンプ20の形成領域を構成する固定部24への振動の伝播を緩和することが可能となる。これにより、実装基板への振動もれ量を大幅に低減して角速度検出特性の向上を図ることが可能となる。   The buffer portion 23 is configured with a width smaller than the formation width of the support portion 22 and the fixing portion 24 corresponding to the formation width of the base portion 11. That is, the width (second width) d2 in the second direction (x-axis direction) of the buffer portion 23 is formed to be smaller than the width (first width) d1 of the support portion 22 and the fixing portion 24. Yes. As a result, it is possible to alleviate the propagation of vibrations from the support portion 22 constituting the base portion of the arm portions 12A to 12C to the fixing portion 24 constituting the bump 20 formation region. As a result, it is possible to significantly reduce the amount of vibration leakage to the mounting substrate and improve the angular velocity detection characteristics.
本実施の形態の場合、典型的には、各アーム部の12A〜12C及び基部11の厚さ(z軸方向の厚さ)は実質的に同じである。しかし、本実施形態は、各アーム部12A〜12C及び基部の厚さが同じでなくても、緩衝部23の体積が固定部24の体積より小さく設計されていればよい趣旨である。すなわち、固定部24の幅及び緩衝部23の幅は、必ずしもd1、d2で特定されなくてもよい。   In the case of the present embodiment, typically, the thicknesses (thickness in the z-axis direction) of 12A to 12C and the base portion 11 of each arm portion are substantially the same. However, in the present embodiment, even if the thicknesses of the arm portions 12A to 12C and the base portion are not the same, it is only necessary that the volume of the buffer portion 23 is designed to be smaller than the volume of the fixed portion 24. That is, the width of the fixed portion 24 and the width of the buffer portion 23 do not necessarily need to be specified by d1 and d2.
具体的に、緩衝部23は、3本のアーム部12A〜12C、支持部22および当該緩衝部23を含む振動系の共振周波数f0が、アーム部12A〜12Cの縦共振周波数(励振周波数)fvの1/√2倍以下となるように、その形成幅、形成長、形成厚み等が設定される。図14は、周波数比(f0/fv)と固定部24に伝播する振動量との関係を示している。周波数比が小さくなるほど(f0がfvに比べて低くなるほど)、固定部24へ伝播する振動量が低減されることがわかる。また、図15に本実施形態の角速度センサ10Gの周波数特性の一例を示す。図示の例では、fv<fhの例を示している。   Specifically, the buffer portion 23 has three arm portions 12A to 12C, a support portion 22 and a resonance frequency f0 of the vibration system including the buffer portion 23, and the longitudinal resonance frequency (excitation frequency) fv of the arm portions 12A to 12C. The formation width, the formation length, the formation thickness, etc. are set so as to be 1 / √2 times or less. FIG. 14 shows the relationship between the frequency ratio (f0 / fv) and the amount of vibration propagating to the fixed portion 24. It can be seen that the amount of vibration propagating to the fixed portion 24 is reduced as the frequency ratio becomes smaller (as f0 becomes lower than fv). FIG. 15 shows an example of frequency characteristics of the angular velocity sensor 10G of the present embodiment. In the illustrated example, an example of fv <fh is shown.
図13に示した角速度センサ10Gのf0とfvについてさらに詳しく説明する。3本のアーム部を有する3音叉型の振動子である本実施の形態に係る角速度センサは、複数の振動系を持つ。その複数の振動系のうち、振動漏れの対策として着目される振動系は2つある。つまり、第1の振動系は、各アーム部12A〜12C及び支持部22による振動系であり、その共振周波数(第1の共振周波数)が上記fvである。第2の振動系は、各アーム部12A〜12C、支持部22及び緩衝部23による振動系であり、その共振周波数(第2の共振周波数)は、上記f0である。このf0は、図15で示したように、各アーム部が同じ方向に振動する振動系の共振周波数である。   The f0 and fv of the angular velocity sensor 10G shown in FIG. 13 will be described in more detail. The angular velocity sensor according to the present embodiment, which is a three tuning fork type vibrator having three arms, has a plurality of vibration systems. Among the plurality of vibration systems, there are two vibration systems that are attracting attention as countermeasures against vibration leakage. That is, the first vibration system is a vibration system including the arm portions 12A to 12C and the support portion 22, and the resonance frequency (first resonance frequency) is fv. The second vibration system is a vibration system including the arm portions 12A to 12C, the support portion 22, and the buffer portion 23, and the resonance frequency (second resonance frequency) is f0. This f0 is the resonance frequency of the vibration system in which each arm part vibrates in the same direction as shown in FIG.
このように、緩衝部23が設けられることにより、各アーム部12A〜12Cから固定部24への振動漏れを抑制することができる。また、fvよりf0に近い外乱による振動が角速度センサに加えられたとしても、その外乱による振動は第2の振動系に吸収されやすくなり、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。   Thus, by providing the buffer part 23, the vibration leakage from each arm part 12A-12C to the fixing | fixed part 24 can be suppressed. Further, even if a vibration due to a disturbance closer to f0 than fv is applied to the angular velocity sensor, the vibration due to the disturbance is easily absorbed by the second vibration system, and high-accuracy output characteristics can be stably obtained. Become.
図21に、図13に示した角速度センサ10Gの典型的なサイズを示す。支持部22及び緩衝部23のy軸方向の長さをL(μm)とする。この場合の固定部24のサイズは限定されず、適宜設定可能である。   FIG. 21 shows a typical size of the angular velocity sensor 10G shown in FIG. The length of the support part 22 and the buffer part 23 in the y-axis direction is L (μm). In this case, the size of the fixing portion 24 is not limited and can be set as appropriate.
図22は、各アーム部12A〜12Cの長さが1900μmの場合における、Lと周波数比(f0/fv)との関係、及び、Lと固定部24に伝播する振動量との関係を示すグラフである。ここで、支持部22の長さL1と、緩衝部23の長L2との比は、5:2で実質的に一定とされているが、必ずしも一定でなくてもよい。   FIG. 22 is a graph showing the relationship between L and the frequency ratio (f0 / fv) and the relationship between L and the amount of vibration propagating to the fixed portion 24 when the length of each arm portion 12A to 12C is 1900 μm. It is. Here, the ratio between the length L1 of the support portion 22 and the length L2 of the buffer portion 23 is substantially constant at 5: 2, but may not be necessarily constant.
図22のグラフから分かるように、Lが長くなるほど、周波数比(f0/fv)は低くなる。また、Lが長くなるほど、固定部24の振動量も低くなる。固定部24の振動量が約30nmp−pを超えると、この振動が、制御部31A(図1参照)によりノイズとして検出され、角速度の検出精度が悪化する。したがって固定部24の振動量は、約30nmp−p以下としたい。   As can be seen from the graph of FIG. 22, the frequency ratio (f0 / fv) decreases as L increases. Further, the longer L is, the lower the vibration amount of the fixed portion 24 is. When the vibration amount of the fixed unit 24 exceeds about 30 nmp-p, this vibration is detected as noise by the control unit 31A (see FIG. 1), and the angular velocity detection accuracy deteriorates. Therefore, the vibration amount of the fixed portion 24 is desired to be about 30 nmp-p or less.
固定部24の振動量が30nmp−pのポイントに対応する、周波数比(f0/fv)は、0.75程度である。したがって、周波数比(f0/fv)は0.75より小さくしたい。典型的には、0.25≦(f0/fv)≦1/√2であればよい。f0/fvが0.25より低い場合、例えば幅d2が小さく設計されたり、L2が長く設計されたりする必要がある。その場合、緩衝部23が細い形状となり、各アーム部12A〜12Cの振動による加振力や、角速度センサに加わる外部からの衝撃力によって、連結部が破断するおそれがある。一方、f0/fvが1/√2より高い場合、上述のように固定部24の振動量が30nmp−pを超え、振動漏れ防止の機能が十分に発揮されなくなる。   The frequency ratio (f0 / fv) corresponding to the point where the vibration amount of the fixed portion 24 is 30 nmp-p is about 0.75. Therefore, the frequency ratio (f0 / fv) is desired to be smaller than 0.75. Typically, it may be 0.25 ≦ (f0 / fv) ≦ 1 / √2. When f0 / fv is lower than 0.25, for example, the width d2 needs to be designed small, or L2 needs to be designed long. In that case, the buffer portion 23 has a thin shape, and the connecting portion may be broken by an excitation force caused by vibrations of the arm portions 12A to 12C or an external impact force applied to the angular velocity sensor. On the other hand, when f0 / fv is higher than 1 / √2, the vibration amount of the fixed portion 24 exceeds 30 nmp-p as described above, and the function of preventing vibration leakage is not sufficiently exhibited.
(第8の実施形態)
図16は本発明の第8の実施形態による角速度センサ10Hの概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Eighth embodiment)
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of an angular velocity sensor 10H according to an eighth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の角速度センサ10Hは、中央アーム部12C上の一対の検出電極14a,14bが、基部11を介して、中央アーム部12Cから一方側の外側アーム部12Aおよび他方側の外側アーム部12Bにわたってそれぞれ連続的に略U字状に形成されている点で、上述の第1の実施形態と異なっている。   In the angular velocity sensor 10H of the present embodiment, the pair of detection electrodes 14a and 14b on the central arm portion 12C has one outer arm portion 12A on the one side and the outer arm portion 12B on the other side from the central arm portion 12C via the base portion 11. It differs from the above-mentioned 1st Embodiment by the point currently formed in the substantially U shape over each.
図16に示すように、中央アーム部12C上に形成された一対の検出電極14a,14bのうち、一方(図中左方)の検出電極14aは、基部11のアーム部根元部位上に形成された中継電極19a(第1の中継電極)を介して、当該一方側に位置する外側アーム部12A上の検出電極14c(第3の検出電極)に接続されている。他方(図中右方)の検出電極14bは、基部11のアーム部根元部位に形成された中継電極19b(第2の中継電極)を介して、当該他方側に位置する外側アーム部12B上の検出電極14d(第4の検出電極)に接続されている。検出電極14cは、駆動電極13aに隣接して、外側アーム部12Aの軸心より中央アーム部12C側に位置しており、検出電極14dは、駆動電極13bに隣接して、外側アーム部12Bの軸心より中央アーム部12C側に位置している。   As shown in FIG. 16, of the pair of detection electrodes 14 a and 14 b formed on the central arm portion 12 </ b> C, one (left side in the drawing) detection electrode 14 a is formed on the base portion of the arm portion of the base 11. The relay electrode 19a (first relay electrode) is connected to the detection electrode 14c (third detection electrode) on the outer arm portion 12A located on the one side. The other (right side in the figure) detection electrode 14b is connected to the outer arm portion 12B located on the other side via a relay electrode 19b (second relay electrode) formed at the base portion of the arm portion of the base portion 11. It is connected to the detection electrode 14d (fourth detection electrode). The detection electrode 14c is positioned adjacent to the drive electrode 13a and closer to the central arm portion 12C than the axis of the outer arm portion 12A, and the detection electrode 14d is adjacent to the drive electrode 13b and positioned on the outer arm portion 12B. It is located on the central arm portion 12C side from the shaft center.
中継電極19a,19bは、基部11のアーム部根元部位であって、中央アーム部12Cと外側アーム部12Aとの間および中央アーム部12Cと外側アーム部12Bとの間にそれぞれ形成された圧電膜18a,18bの上に、それぞれ形成されている。圧電膜18a,18bは、各アーム部12A〜12C上の圧電機能層15A〜15Cを構成する圧電膜16a〜16cの形成工程と同時かつ同一の材料で形成されるものである。なお、圧電膜18a,18bの形成は任意であり、省略しても構わない。   The relay electrodes 19a and 19b are base portions of the arm portion of the base 11, and are formed between the central arm portion 12C and the outer arm portion 12A and between the central arm portion 12C and the outer arm portion 12B, respectively. It is formed on 18a and 18b, respectively. The piezoelectric films 18a and 18b are formed of the same material as the piezoelectric films 16a to 16c forming the piezoelectric functional layers 15A to 15C on the arm portions 12A to 12C. The formation of the piezoelectric films 18a and 18b is arbitrary and may be omitted.
中継電極19a,19bは、制御部31HのGa端子およびGb端子にそれぞれ接続される。そして、演算回路33において、これら中継電極19a,19bの検出信号の差分をとり角速度信号としている。以下、図17A,Bを参照して角速度センサ10Hの作用について説明する。   The relay electrodes 19a and 19b are connected to the Ga terminal and the Gb terminal of the control unit 31H, respectively. In the arithmetic circuit 33, the difference between the detection signals of the relay electrodes 19a and 19b is taken as an angular velocity signal. Hereinafter, the operation of the angular velocity sensor 10H will be described with reference to FIGS. 17A and 17B.
図17Aは、励振動作中のアーム部12A〜12Cの要部正面図であって、任意の瞬間において、外側アーム部12A,12Bが図中下方向に振動し、中央アーム部12Cが図中上方向に振動している様子を示している。角速度が加わっていない場合、中央アーム部12C上の検出電極14a,14bと外側アーム部12A,12B上の検出電極14c,14dとは、アーム部の振動が逆相であることから、互いに異符号の信号を生成する。しかし、検出電極14aと14c、検出電極14bと14dは、相互に電気的に接続されているため、生成された信号はそれぞれにおいてキャンセルされる。従って、これらの差分信号(Ga−Gb)もゼロとなり、角速度信号は生成されない。   FIG. 17A is a front view of the main parts of the arm parts 12A to 12C during the excitation operation. At any moment, the outer arm parts 12A and 12B vibrate downward in the figure, and the central arm part 12C is upper in the figure. It shows how it vibrates in the direction. When the angular velocity is not applied, the detection electrodes 14a and 14b on the central arm portion 12C and the detection electrodes 14c and 14d on the outer arm portions 12A and 12B are different from each other because the vibrations of the arm portions are in reverse phase. Generate a signal. However, since the detection electrodes 14a and 14c and the detection electrodes 14b and 14d are electrically connected to each other, the generated signals are canceled in each. Therefore, these difference signals (Ga−Gb) are also zero, and no angular velocity signal is generated.
一方、図17Aの状態において、アーム部12A〜12Cの軸心のまわりに角速度が加わると、例えば図17Bに示すように、各アーム部12A〜12Cには水平方向の振動が誘発される。この場合、外側の2本のアーム部12A,12Bは同相で振動し、中央アーム部12Cはこれら外側アーム部12A,12Bと逆相で振動する。図17Bの状態においては、中央アーム部12C上の検出電極14a,14bは、入力された角速度の大きさに対応して互いに逆相の信号を生成し、その差分信号が角速度信号として処理される。なお、このとき、外側アーム部12Aの検出電極14cは検出電極14aと同相の信号を生成し、外側アーム部12Bの検出電極14dは検出電極14bと同相の信号を生成する。   On the other hand, in the state shown in FIG. 17A, when an angular velocity is applied around the axes of the arm portions 12A to 12C, for example, as shown in FIG. 17B, horizontal vibrations are induced in the arm portions 12A to 12C. In this case, the outer two arm portions 12A and 12B vibrate in the same phase, and the central arm portion 12C vibrates in the opposite phase to the outer arm portions 12A and 12B. In the state of FIG. 17B, the detection electrodes 14a and 14b on the central arm portion 12C generate signals of opposite phases corresponding to the input angular velocity, and the difference signal is processed as an angular velocity signal. . At this time, the detection electrode 14c of the outer arm portion 12A generates a signal in phase with the detection electrode 14a, and the detection electrode 14d of the outer arm portion 12B generates a signal in phase with the detection electrode 14b.
次に、角速度センサ10Hに対して、図18に示すように、アーム部12A〜12Cの配列方向(x軸方向)に加速度が加わった場合を考える。この場合、図17Cに示すように、図中左方向に加速度が加わった場合、各アーム部12A〜12Cに対して同時に左方向に慣性力が作用することで、検出電極14aと検出電極14bは互いに逆相(異符号)の信号が生成される。従って、例えば図19に示したように、検出電極が中央アーム部12Cにのみ設けられている場合、これら検出電極14a,14bの差分信号がセンサ出力にのり、角速度信号として処理されてしまう。つまり、角速度が生じていないにもかかわらず、角速度信号が生成されるという不具合が発生することになる。   Next, consider a case where acceleration is applied to the angular velocity sensor 10H in the arrangement direction (x-axis direction) of the arm portions 12A to 12C as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 17C, when acceleration is applied in the left direction in the figure, the inertial force acts on the arm portions 12A to 12C simultaneously in the left direction, so that the detection electrode 14a and the detection electrode 14b are Signals having opposite phases (different signs) are generated. Therefore, for example, as shown in FIG. 19, when the detection electrode is provided only in the central arm portion 12C, the difference signal between the detection electrodes 14a and 14b is output as a sensor output and processed as an angular velocity signal. That is, there is a problem that the angular velocity signal is generated even though the angular velocity is not generated.
これに対して、本実施形態の角速度センサ10Hにおいては、外側アーム部12A,12B上に、検出電極14a,14bと電気的に接続された検出電極14c,14dがそれぞれ形成されているので、図17Cに示したように、外側アーム部12A,12Bに作用した加速度に相当する信号が各々のアーム部上の検出電極14c,14dにそれぞれ生成されるとともに、これらの信号が検出電極14a,14bで生じた信号と同一の大きさでかつ逆相であるために、各々信号は互いにキャンセルされ、結果的に検出信号Ga,Gbはゼロになる。これにより、検出信号の差分信号もゼロとなり、加速度で生じた信号がセンサ出力にのることを防止できる。なお、図中左方向に加速度が加わった場合にも同様の効果を得ることができる。   On the other hand, in the angular velocity sensor 10H of this embodiment, the detection electrodes 14c and 14d electrically connected to the detection electrodes 14a and 14b are formed on the outer arm portions 12A and 12B, respectively. As shown in FIG. 17C, signals corresponding to the acceleration acting on the outer arm portions 12A and 12B are generated on the detection electrodes 14c and 14d on the respective arm portions, and these signals are detected by the detection electrodes 14a and 14b. Since they are of the same magnitude as the generated signal and are out of phase with each other, the signals cancel each other, resulting in the detection signals Ga and Gb being zero. Thereby, the difference signal of the detection signal is also zero, and it is possible to prevent the signal generated by the acceleration from appearing in the sensor output. A similar effect can be obtained when acceleration is applied in the left direction in the figure.
一方、角速度センサ10Hに対して、アーム部12A〜12Cの励振方向(z軸方向)に加速度が加わった場合を考える。例えば図17Dに示すように、図中上方向に加速度が加わった場合、各アーム部12A〜12Cに対して同時に上方向に慣性力が作用することで、各検出電極14a〜14dにはいずれも同相かつ同一の大きさの信号が生成される。しかし、検出信号の差分信号はゼロとなるため、センサ出力に影響を与えることはない。このことは、図19に示した角速度センサの構成においても同様である。なお、図中下方向に加速度が加わった場合も同様である。   On the other hand, consider the case where acceleration is applied to the angular velocity sensor 10H in the excitation direction (z-axis direction) of the arm portions 12A to 12C. For example, as shown in FIG. 17D, when acceleration is applied in the upward direction in the figure, an inertial force is simultaneously applied to the arm portions 12 </ b> A to 12 </ b> C, so that all of the detection electrodes 14 a to 14 d are applied. In-phase and identical magnitude signals are generated. However, since the difference signal of the detection signal is zero, the sensor output is not affected. This also applies to the configuration of the angular velocity sensor shown in FIG. The same applies when acceleration is applied downward in the figure.
以上のように、本実施形態の角速度センサ10Hによれば、加速度による影響を排除して、高精度な角速度検出を安定して行うことが可能となる。図20は、図18および図19に示したそれぞれの角速度センサについて各図に示すようにx軸方向に加速度を加えたときのセンサ出力の変化の一例を示している。なお、横軸の加速度の単位はg(=9.8m/s2)である。図20の結果から明らかなように、図18に示した本実施形態の角速度センサ10Hの方が加速度による影響が少なく、安定した出力特性を得ることができる。   As described above, according to the angular velocity sensor 10H of the present embodiment, it is possible to stably perform highly accurate angular velocity detection by eliminating the influence of acceleration. FIG. 20 shows an example of a change in sensor output when acceleration is applied in the x-axis direction as shown in each figure for each of the angular velocity sensors shown in FIGS. 18 and 19. The unit of acceleration on the horizontal axis is g (= 9.8 m / s @ 2). As is clear from the results of FIG. 20, the angular velocity sensor 10H of the present embodiment shown in FIG. 18 is less affected by acceleration and can provide stable output characteristics.
(第9の実施形態)
図23は、第9の実施形態に係る角速度センサのサイズを示す図である。本実施形態に係る角速度センサ10Jは、図14、図21に示した角速度センサと同様に、緩衝部23を備えるタイプの角速度センサである。
(Ninth embodiment)
FIG. 23 is a diagram illustrating the size of the angular velocity sensor according to the ninth embodiment. The angular velocity sensor 10J according to the present embodiment is a type of angular velocity sensor including a buffer portion 23, similarly to the angular velocity sensor shown in FIGS.
角速度センサ10Jの、外側アーム部12A、12Bは励振方向に共振周波数fv(第1の共振周波数)を有する。中央アーム部12Cは、励振方向の振動系でもなく幅方向での振動系でもない第3の振動系(共振周波数fc(第2の共振周波数))を有する。   The outer arm portions 12A and 12B of the angular velocity sensor 10J have a resonance frequency fv (first resonance frequency) in the excitation direction. The central arm portion 12C has a third vibration system (resonance frequency fc (second resonance frequency)) that is neither a vibration system in the excitation direction nor a vibration system in the width direction.
fvとfcとの差は、1kHz〜2kHzに設定される。この値を実現するために、典型的には中央アーム部12Cの幅は103μmとされており、外側アーム部12A、12Bの幅は100μmとされている。この場合、各アーム部12A〜12Cの厚さは実質的に同じである。あるいは、中央アーム部12Cの厚さが103μmであり、外側アーム部12A、12Bの厚さは100μmであってもよい。   The difference between fv and fc is set to 1 kHz to 2 kHz. In order to realize this value, the width of the central arm portion 12C is typically 103 μm, and the width of the outer arm portions 12A and 12B is 100 μm. In this case, the thickness of each arm part 12A-12C is substantially the same. Alternatively, the thickness of the central arm portion 12C may be 103 μm, and the thickness of the outer arm portions 12A and 12B may be 100 μm.
あるいは、中央アーム部12Cの幅(または厚さ)は、外側アーム部12A、12Bの幅(または厚さ)より小さく形成されていてもよい。   Alternatively, the width (or thickness) of the central arm portion 12C may be formed smaller than the width (or thickness) of the outer arm portions 12A and 12B.
fvとfcとの差、つまり|fv−fc|が1kHzより低い場合、上記共振周波数fcによる第3のアーム部の振動がノイズとなる。その結果、角速度の検出精度が劣化する。|fv−fc|が、2kHzより高い場合、中央アーム部12Cの形状またはサイズ等が、所定の適正な範囲内を逸脱する。その結果、中央アーム部12Cの励振方向及び幅方向で共振周波数(fv、fh)のバランスが悪化し、角速度センサの温度特性の劣化を招く。   When the difference between fv and fc, that is, | fv−fc | is lower than 1 kHz, the vibration of the third arm portion due to the resonance frequency fc becomes noise. As a result, the detection accuracy of the angular velocity is deteriorated. When | fv−fc | is higher than 2 kHz, the shape or size of the central arm portion 12C deviates from a predetermined appropriate range. As a result, the balance of the resonance frequencies (fv, fh) in the excitation direction and the width direction of the central arm portion 12C is deteriorated, and the temperature characteristics of the angular velocity sensor are deteriorated.
図24は、上記各実施形態に係る角速度センサ10A〜10Jを搭載した電子機器の例として、デジタルカメラを示す概略斜視図である。図25は、そのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。   FIG. 24 is a schematic perspective view showing a digital camera as an example of an electronic apparatus on which the angular velocity sensors 10A to 10J according to the above embodiments are mounted. FIG. 25 is a block diagram showing the configuration of the digital camera.
デジタルカメラ260は、角速度センサ10A〜10Jを搭載する機器本体261を備えている。機器本体261は、例えば、金属製、樹脂製などのフレームまたは筐体である。実際には、角速度センサ10A〜10Jは、例えば数mm角の大きさでパッケージングされて構成されている。パッケージングされたジャイロ装置には、少なくとも2軸の回りの回転角速度を検出するために、少なくとも2つの角速度センサ10A〜10Jが搭載されている。   The digital camera 260 includes a device main body 261 on which the angular velocity sensors 10A to 10J are mounted. The device main body 261 is, for example, a metal or resin frame or housing. Actually, the angular velocity sensors 10A to 10J are configured to be packaged with a size of, for example, several mm square. The packaged gyro device is equipped with at least two angular velocity sensors 10A to 10J in order to detect a rotational angular velocity about at least two axes.
図25に示すように、デジタルカメラ260は、角速度センサ10A〜10Jと、制御部510と、レンズ等を備える光学系520と、CCD530、光学系520に手振れ補正を実行する手振れ補正機構540とを有する。   As shown in FIG. 25, the digital camera 260 includes angular velocity sensors 10A to 10J, a control unit 510, an optical system 520 including a lens and the like, and a camera shake correction mechanism 540 that performs camera shake correction on the CCD 530 and the optical system 520. Have.
角速度センサ10A〜10Jによって、2軸のコリオリ力が検出される。制御部510は、この検出されたコリオリ力に基づき手振れ補正機構540を使って光学系520で手振れの補正を行う。   Biaxial Coriolis force is detected by the angular velocity sensors 10A to 10J. Based on the detected Coriolis force, control unit 510 corrects camera shake with optical system 520 using camera shake correction mechanism 540.
角速度センサ10A〜10Jを搭載する電子機器としては、上記したデジタルカメラに限られない。例えば、電子機器としては、ラップトップ型のコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistance)、電子辞書、オーディオ/ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、その他の電化製品等が挙げられる。   The electronic device on which the angular velocity sensors 10A to 10J are mounted is not limited to the digital camera described above. For example, examples of the electronic device include a laptop computer, a PDA (Personal Digital Assistance), an electronic dictionary, an audio / visual device, a projector, a mobile phone, a game device, a car navigation device, a robot device, and other electrical appliances. It is done.
図26は、図21に示した角速度センサ10G、または、図23に示した角速度センサ10Jの現実的な典型例を示す平面図である。この角速度センサでは、外部接続端子20は、外側アーム部12A、12Bより外側に位置している。駆動電極13a、13b、検出電極14a、14b、参照電極13cは、リード線29を介して各外部接続端子20にそれぞれ接続されている。   26 is a plan view showing a realistic typical example of the angular velocity sensor 10G shown in FIG. 21 or the angular velocity sensor 10J shown in FIG. In this angular velocity sensor, the external connection terminal 20 is located outside the outer arm portions 12A and 12B. The drive electrodes 13a and 13b, the detection electrodes 14a and 14b, and the reference electrode 13c are connected to the external connection terminals 20 through lead wires 29, respectively.
(第10の実施形態)
図27は、本発明の第10の実施形態に係る角速度センサを概略的に示した図である。なお、同図において、上記第8実施形態(図16)に示した角速度センサ10Hと同様の構成である部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
(Tenth embodiment)
FIG. 27 is a diagram schematically showing an angular velocity sensor according to the tenth embodiment of the present invention. In the figure, portions having the same configuration as the angular velocity sensor 10H shown in the eighth embodiment (FIG. 16) are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
同図に示すように、本実施形態に係る角速度センサ10Kは、上述した第8実施形態で示した角速度センサ10Hと同様に、中央アーム部12C上の検出電極14aと、同図左方の外側アーム部12A上の検出電極14cと接続されている。また、中央アーム部12C上の検出電極12bは、同図右方の外側アーム部12B上の検出電極14dと接続されている。ただし、本実施形態に係る角速度センサ10Kは、中央アーム部12C上に、参照電極13cに代わって、駆動電極13d(第3の駆動電極)が形成されている点において、上記第8実施形態における角速度センサ10Hとは異なっている。   As shown in the figure, the angular velocity sensor 10K according to the present embodiment is similar to the angular velocity sensor 10H shown in the eighth embodiment described above, and the detection electrode 14a on the central arm portion 12C and the outer left side of the figure. The detection electrode 14c on the arm portion 12A is connected. The detection electrode 12b on the central arm portion 12C is connected to the detection electrode 14d on the outer arm portion 12B on the right side of the figure. However, the angular velocity sensor 10K according to the present embodiment is different from the eighth embodiment in that a drive electrode 13d (third drive electrode) is formed on the central arm portion 12C instead of the reference electrode 13c. This is different from the angular velocity sensor 10H.
上記検出電極14aと検出電極14c、及び検出電極14bと検出電極14dは、上記図16で示した角速度センサ10Hと同様に、それぞれ中継電極を介して接続されていてもよいし、中継電極ではなく、リード線等によって接続されていてもよい。各検出電極14a〜14dの幅W3及び長さL3は同一とされ、かつ、各アーム部の長手方向における中心から、各検出電極14a〜14dまでの各距離daも同一とされる。   The detection electrode 14a and the detection electrode 14c, and the detection electrode 14b and the detection electrode 14d may be connected to each other via a relay electrode similarly to the angular velocity sensor 10H shown in FIG. They may be connected by lead wires or the like. The widths W3 and lengths L3 of the detection electrodes 14a to 14d are the same, and the distances da from the center in the longitudinal direction of the arm portions to the detection electrodes 14a to 14d are also the same.
ここで、中央アーム部12C上の左右の検出電極14a及び14bと、外側アーム部12A上及び12B上の各検出電極14c及び14dの各検出値をそれぞれa、b、c及びdとした場合、制御部31K(図示せず)は、上記第8実施形態と同様に、和信号a+c(第1の和信号)と、和信号b+d(第2の和信号)との差分である、(a+c)−(b+d)の差分信号を、角速度信号として検出する。なお、この場合、駆動電極13dには、駆動電極13a及び13bと同様に、制御部31Kの自励発振回路32で生成された駆動信号が入力されるが、制御部31Kは、例えば、当該自励発振回路32に当該和信号a+cと和信号b+dの和信号(a+c)+(b+d)を参照信号としてフィードバックしてもよい。   Here, when the detection values of the left and right detection electrodes 14a and 14b on the central arm portion 12C and the detection electrodes 14c and 14d on the outer arm portions 12A and 12B are a, b, c, and d, respectively, The control unit 31K (not shown) is the difference between the sum signal a + c (first sum signal) and the sum signal b + d (second sum signal), as in the eighth embodiment, (a + c) The difference signal of − (b + d) is detected as an angular velocity signal. In this case, similarly to the drive electrodes 13a and 13b, the drive signal generated by the self-excited oscillation circuit 32 of the control unit 31K is input to the drive electrode 13d. The sum signal (a + c) + (b + d) of the sum signal a + c and sum signal b + d may be fed back to the excitation oscillation circuit 32 as a reference signal.
図28は、本実施形態の角速度センサ10Kと、a−bを角速度信号として検出する角速度センサとにそれぞれ衝撃(加速度)を印加した場合の、出力結果を示したグラフである。同図(a)は、コリオリ力の非印加時の結果を示しており、同図(b)は、コリオリ力の印加時の結果を示している。   FIG. 28 is a graph showing an output result when an impact (acceleration) is applied to each of the angular velocity sensor 10K of the present embodiment and the angular velocity sensor that detects ab as an angular velocity signal. The figure (a) has shown the result at the time of non-application of Coriolis force, and the figure (b) has shown the result at the time of application of Coriolis force.
同図に示すように、衝撃等の加速度が加わった場合、aとbとの差分信号を検出する場合には、減衰するノイズが発生していたが、本実施形態のように、(a+c)−(b+d)の差分信号を検出することで、上記第8実施形態で説明したのと同様の理由により、加速度によるノイズの発生を抑制できることが分かる。   As shown in the figure, when acceleration such as impact is applied, when a difference signal between a and b is detected, a noise that attenuates is generated. However, as in this embodiment, (a + c) It can be seen that detection of a difference signal of − (b + d) can suppress the generation of noise due to acceleration for the same reason as described in the eighth embodiment.
また、同図(b)に示すように、コリオリ力印加時においても、衝撃によるノイズ発生は回避され、また外側アーム部12A及び12Bからの検出値の出力が増加するため、コリオリ力に対応した出力も高くなり、角速度検出効率も改善された。   Further, as shown in FIG. 5B, even when Coriolis force is applied, noise generation due to impact is avoided, and output of detection values from the outer arm portions 12A and 12B increases, so that Coriolis force is supported. The output also increased, and the angular velocity detection efficiency was improved.
なお、本実施形態に係る角速度センサ10Kにおいては、中央アーム部12C上の駆動電極13dの幅W1と、外側アーム部12A及び12B上の各駆動電極13a及び13bの各幅W2とが等しく形成され、また駆動電極13dの長さL1は、各駆動電極13a及び13bの各長さL2の2倍となるよう形成されている。ここで、中央アーム部12C上の駆動電極13dによる実質的な駆動面積をS1とし、外側アーム部12A上の駆動電極13aと、外側アーム部12B上の駆動電極13bによる実質的な各駆動面積をそれぞれS2、S3とした場合には、S1:S2(=S3)=2:1となる。   In the angular velocity sensor 10K according to the present embodiment, the width W1 of the drive electrode 13d on the central arm portion 12C and the widths W2 of the drive electrodes 13a and 13b on the outer arm portions 12A and 12B are formed to be equal. The length L1 of the drive electrode 13d is formed to be twice the length L2 of the drive electrodes 13a and 13b. Here, let S1 be a substantial drive area by the drive electrode 13d on the central arm portion 12C, and each substantial drive area by the drive electrode 13a on the outer arm portion 12A and the drive electrode 13b on the outer arm portion 12B. When S2 and S3 are used, S1: S2 (= S3) = 2: 1.
これにより、外側アーム部12A及び12Bの各駆動量が、中央アーム部12Cの駆動量の半分の振幅となる。したがって、各アーム部の駆動により発生する動作モーメントが打ち消されることとなるため、アーム部12A〜12Cの根元部位に伝播する振動を力のつり合いによりキャンセルでき、基部22及び実装基板への振動もれを大幅に低減できるようになる。   Thereby, each drive amount of the outer arm portions 12A and 12B has an amplitude half that of the drive amount of the central arm portion 12C. Therefore, since the operating moment generated by driving each arm portion is canceled out, the vibration propagating to the base portion of the arm portions 12A to 12C can be canceled by the balance of force, and the vibration to the base portion 22 and the mounting board is leaked. Can be greatly reduced.
また、本実施形態の角速度センサ10Kにおいて、検出電極14aと検出電極14c、検出電極14bと検出電極14dとをそれぞれ結線するのではなく、上記第3の実施形態で示した角速度センサ10C(図6)と同様に、制御部31Kが、上記a,b,c及びdを個別に入力するようにしても構わない。この場合、制御部31Kが、入力されたa,b,c及びdの各信号を基に、上記(a+c)−(b+d)の差分信号を角速度信号として検出することで、同様に加速度によるノイズの発生を回避することが可能となる。この場合、上記自励発振回路32には、a+cとb+dの和信号ではなく、a+bのみをフィードバックして駆動信号を発生させるようにするのが好ましい。上記a,b,c及びdの和信号をフィードバックする場合、上記aとc、bとdはそれぞれ逆位相の信号となっており、コリオリ力の発生により位相が変化した際に、a+c、b+dの各信号の増減変化率が大きくなることで、各アーム部の振動量が変化しやすくなり、コリオリ力印加時の各アーム部の動作が不安定になる。そして、各アーム部の動作が安定しない場合、各アーム部の振動量が変化する結果、角速度の検出に誤差が発生するおそれがあり、結果的に、コリオリ力に対する角速度検出の信号リニアリティが低下する結果、信号検出のダイナミックレンジが小さくなるからである。そこで、a+bのみをフィードバックすることで、コリオリ力発生時に、フィードバックされた信号が、コリオリ力の影響で変動する程度を軽減でき、安定した駆動状態を実現することができる。   Further, in the angular velocity sensor 10K of the present embodiment, the detection electrode 14a and the detection electrode 14c, and the detection electrode 14b and the detection electrode 14d are not connected, but the angular velocity sensor 10C shown in the third embodiment (FIG. 6). ), The control unit 31K may individually input the above a, b, c, and d. In this case, the control unit 31K detects the difference signal of (a + c) − (b + d) as an angular velocity signal based on the input signals a, b, c, and d, and similarly causes noise due to acceleration. Can be avoided. In this case, it is preferable that the self-oscillation circuit 32 generates a drive signal by feeding back only a + b instead of the sum signal of a + c and b + d. When the sum signal of the above a, b, c and d is fed back, the above a and c, b and d are signals of opposite phases, and when the phase changes due to the generation of Coriolis force, a + c, b + d The increase / decrease change rate of each of the signals becomes easy to change the vibration amount of each arm part, and the operation of each arm part becomes unstable when the Coriolis force is applied. If the operation of each arm portion is not stable, the amount of vibration of each arm portion may change, and as a result, an error may occur in angular velocity detection, resulting in a decrease in signal linearity of angular velocity detection with respect to Coriolis force. As a result, the dynamic range of signal detection is reduced. Therefore, by feeding back only a + b, the degree to which the fed back signal fluctuates due to the influence of the Coriolis force when the Coriolis force is generated can be reduced, and a stable driving state can be realized.
(第11の実施形態)
図29は、本発明の第11の実施形態に係る角速度センサを概略的に示した図である。なお、同図において、上記第10の実施形態(図28)に示した角速度センサ10Kと同様の構成または機能となる部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
(Eleventh embodiment)
FIG. 29 is a diagram schematically showing an angular velocity sensor according to the eleventh embodiment of the present invention. In the figure, parts having the same configuration or function as those of the angular velocity sensor 10K shown in the tenth embodiment (FIG. 28) are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
同図に示すように、本実施形態に係る角速度センサ10Lにおいては、上記第10の実施形態における角速度センサ10Kと比較して、外側アーム部12A及び12Bの各検出電極14a及び14bを設ける位置が異なっている。すなわち、上記第10の実施形態においては、各検出電極14a及び14bは、それぞれ、外側アーム部12A及び12Bの、中央アーム部12C側に設けられていたが、本実施形態に係る角速度センサ10Lにおいては、各検出電極14a及び14bは、外側アーム部12A及び12Bの、中央アーム部12Cとは反対側に設けられている。この構成によっても、上記第3、第8及び第10の実施形態と同様に、加速度によるノイズの発生を回避することができる。   As shown in the figure, in the angular velocity sensor 10L according to the present embodiment, the positions at which the detection electrodes 14a and 14b of the outer arm portions 12A and 12B are provided compared to the angular velocity sensor 10K in the tenth embodiment. Is different. In other words, in the tenth embodiment, the detection electrodes 14a and 14b are provided on the central arm portion 12C side of the outer arm portions 12A and 12B, respectively, but in the angular velocity sensor 10L according to the present embodiment, The detection electrodes 14a and 14b are provided on the outer arm portions 12A and 12B on the opposite side to the central arm portion 12C. Also with this configuration, the generation of noise due to acceleration can be avoided as in the third, eighth, and tenth embodiments.
(第12の実施形態)
図30は、本発明の第12の実施形態に係る角速度センサを概略的に示した図である。なお、同図において、上記第10及び第11の実施形態(図27及び図29)に示した各角速度センサ10K及び10Lと同様の構成または機能となる部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
(Twelfth embodiment)
FIG. 30 is a diagram schematically showing an angular velocity sensor according to the twelfth embodiment of the present invention. In addition, in the same figure, the same code | symbol is attached | subjected about the part which becomes the structure or function similar to each angular velocity sensor 10K and 10L shown in the said 10th and 11th embodiment (FIG.27 and FIG.29), Description is omitted.
本実施形態に係る角速度センサ10Mは、2つの外側アーム部12A及び12Bのうち、一方のアーム部(例えば、外側アーム部12A)に2つの検出電極14c及び14dが設けられ、他方のアーム部(例えば、外側アーム部12B)には、検出電極が設けられていない点で、上記第10及び第11の実施形態の各角速度センサ10K及び10Lと異なっている。この構成によっても、上記第3、第8、第10及び第11の実施形態と同様に、加速度によるノイズの発生を回避することができる。   In the angular velocity sensor 10M according to this embodiment, two detection electrodes 14c and 14d are provided on one arm portion (for example, the outer arm portion 12A) of the two outer arm portions 12A and 12B, and the other arm portion ( For example, the outer arm portion 12B) is different from the angular velocity sensors 10K and 10L of the tenth and eleventh embodiments in that no detection electrode is provided. Also with this configuration, the generation of noise due to acceleration can be avoided as in the third, eighth, tenth and eleventh embodiments.
なお、上記第1〜9の実施形態においては、外側アーム部12A及び12Bのみに駆動電極13を設けた例を示し、第10〜第12の実施形態においては、中央アーム部12Cと、外側アーム部12A及び12Bの全てに駆動電極13を設けた例を示した。しかし、上記いずれの実施形態においても、例えば、中央アーム部12Cにのみ駆動電極13を設けても構わない。この場合、外側アーム部12A及び12Bは、中央アーム部12Cの励振の反作用により、中央アーム部12Cの振動とは逆位相で振動する。   In the first to ninth embodiments, an example in which the drive electrode 13 is provided only on the outer arm portions 12A and 12B is shown. In the tenth to twelfth embodiments, the central arm portion 12C and the outer arm are provided. The example which provided the drive electrode 13 in all the part 12A and 12B was shown. However, in any of the above embodiments, for example, the drive electrode 13 may be provided only in the central arm portion 12C. In this case, the outer arm portions 12A and 12B vibrate in a phase opposite to that of the central arm portion 12C due to the reaction of excitation of the central arm portion 12C.
(第13の実施形態)
図30は、本発明の第12の実施形態に係る角速度センサを概略的に示した図である。なお、同図において、上記第10及び第11の実施形態(図27及び図29)に示した各角速度センサ10K及び10Lと同様の構成または機能となる部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
(13th Embodiment)
FIG. 30 is a diagram schematically showing an angular velocity sensor according to the twelfth embodiment of the present invention. In addition, in the same figure, the same code | symbol is attached | subjected about the part which becomes the structure or function similar to each angular velocity sensor 10K and 10L shown in the said 10th and 11th embodiment (FIG.27 and FIG.29), Description is omitted.
本実施形態に係る角速度センサ10Nは、アーム部の数が3本ではなく5本(アーム部12A〜12E)である点で上記第10〜第12の実施形態(図27、図29及び図30)に示した各角速度センサ10K、10L及び10Mと異なっている。すなわち、上記第10〜第12の実施形態における各外側アーム部12A及び12Bの更に外側にそれぞれアーム部12D及び12Eが設けられている。アーム部の数はもちろん5本に限られるものではない。この構成によっても、上記第3、第8、第10〜第12の実施形態と同様に、加速度によるノイズの発生を回避することができる。   The angular velocity sensor 10N according to this embodiment has the above tenth to twelfth embodiments (FIGS. 27, 29, and 30) in that the number of arm portions is not three but five (arm portions 12A to 12E). The angular velocity sensors 10K, 10L and 10M shown in FIG. That is, arm portions 12D and 12E are provided on the outer sides of the outer arm portions 12A and 12B in the tenth to twelfth embodiments, respectively. Of course, the number of arms is not limited to five. Also with this configuration, the generation of noise due to acceleration can be avoided as in the third, eighth, and tenth to twelfth embodiments.
なお、以上の第10〜第13の各実施形態で示した各角速度センサ10K〜10Nも、上記図24及び図25に示したデジタルカメラ260等の各種電子機器に搭載することが可能である。   The angular velocity sensors 10K to 10N shown in the tenth to thirteenth embodiments can also be mounted on various electronic devices such as the digital camera 260 shown in FIGS.
本発明の第1の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 1st Embodiment of this invention. 図1における[2]−[2]線方向の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the [2]-[2] line direction in FIG. 図1の角速度センサの作用を説明するアーム部の要部正面図である。It is a principal part front view of the arm part explaining the effect | action of the angular velocity sensor of FIG. 図1の角速度センサにおいて、外側アーム部の周波数比と振動方向のばらつきとの関係を示す図である。In the angular velocity sensor of FIG. 1, it is a figure which shows the relationship between the frequency ratio of an outer arm part, and the dispersion | variation in a vibration direction. 本発明の第2の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 4th Embodiment of this invention. 図7の角速度センサにおけるバンプ位置と振動もれ量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the bump position and vibration leak amount in the angular velocity sensor of FIG. 本発明の第5の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 6th Embodiment of this invention. 第1の実施形態の角速度センサにおいて、アーム部(振動子)の根元部位に伝播する振動もれ量と実装基板への振動漏れ量との関係を示す図である。In the angular velocity sensor of 1st Embodiment, it is a figure which shows the relationship between the amount of vibration leaks propagated to the base part of an arm part (vibrator), and the amount of vibration leaks to a mounting substrate. 第1、第5および第6の各実施形態の角速度センサにおいて、アーム部根元部位の振動もれ量を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the amount of vibration leaks of an arm part root part in the angular velocity sensor of each 1st, 5th, and 6th embodiment. 本発明の第7の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 7th Embodiment of this invention. 図13の角速度センサにおいて、アーム部を含む振動系の共振周波数と固定部へ伝播する振動量との関係を示す図である。In the angular velocity sensor of FIG. 13, it is a figure which shows the relationship between the resonance frequency of the vibration system containing an arm part, and the vibration amount which propagates to a fixed part. 図13の角速度センサの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the angular velocity sensor of FIG. 本発明の第8の実施形態による角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor by the 8th Embodiment of this invention. 図16の角速度センサの作用を説明するアーム部の要部正面図である。It is a principal part front view of the arm part explaining the effect | action of the angular velocity sensor of FIG. 図16の角速度センサに作用する加速度の方向を説明する図である。It is a figure explaining the direction of the acceleration which acts on the angular velocity sensor of FIG. 図16の角速度センサに対する比較例として説明する他の角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other angular velocity sensor demonstrated as a comparative example with respect to the angular velocity sensor of FIG. 図18の角速度センサと図19の角速度センサの加速度印加時の出力特性を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the output characteristic at the time of the acceleration application of the angular velocity sensor of FIG. 18 and the angular velocity sensor of FIG. 図13に示した角速度センサ10Gの典型的なサイズを示す図である。It is a figure which shows the typical size of the angular velocity sensor 10G shown in FIG. 各アーム部の長さが1900μmの場合における、Lと周波数比(f0/fv)との関係、及び、Lと固定部に伝播する振動量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between L and the frequency ratio (f0 / fv) in the case where the length of each arm part is 1900 micrometers, and the relationship between L and the vibration amount which propagates to a fixing | fixed part. 本発明の第9の実施形態による角速度センサのサイズを示す図である。It is a figure which shows the size of the angular velocity sensor by the 9th Embodiment of this invention. 上記角速度センサを搭載した電子機器の例として、デジタルカメラを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows a digital camera as an example of the electronic device carrying the said angular velocity sensor. そのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the digital camera. 図21または図23に示した角速度センサの現実的な典型例を示す平面図である。It is a top view which shows the realistic typical example of the angular velocity sensor shown in FIG. 21 or FIG. 本発明の第10の実施形態に係る角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor which concerns on the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施形態における角速度センサと、a−bを角速度信号として検出する角速度センサとにそれぞれ加速度を印加した場合の、出力結果を示したグラフである。It is the graph which showed the output result at the time of applying an acceleration to the angular velocity sensor in the 10th Embodiment of this invention and the angular velocity sensor which detects ab as an angular velocity signal, respectively. 本発明の第11の実施形態に係る角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor which concerns on the 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施形態に係る角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor which concerns on the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第13の実施形態に係る角速度センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the angular velocity sensor which concerns on the 13th Embodiment of this invention.
符号の説明Explanation of symbols
10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H,10J,10K,10L,10M,10N…角速度センサ、11…基部、12A,12B…外側アーム部、12C…中央アーム部、13a,13b,13d…駆動電極、13c…参照電極、14a,14b,14c,14d…検出電極、15A,15B,15C…圧電機能層、16a,16b,16c…圧電膜、17a,17b,17c…下地電極膜、20a,20b,20c,20d…バンプ(外部接続端子)、21…振動錘部、22…支持部、23…緩衝部、24…固定部、31A,31B,31C,31H…制御部、32…自励発振回路、33…演算回路、260…デジタルカメラ、261…本体   10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 10J, 10K, 10L, 10M, 10N ... angular velocity sensor, 11 ... base, 12A, 12B ... outer arm, 12C ... central arm, 13a, 13b , 13d ... drive electrode, 13c ... reference electrode, 14a, 14b, 14c, 14d ... detection electrode, 15A, 15B, 15C ... piezoelectric functional layer, 16a, 16b, 16c ... piezoelectric film, 17a, 17b, 17c ... base electrode film , 20a, 20b, 20c, 20d ... bumps (external connection terminals), 21 ... vibrating weight part, 22 ... support part, 23 ... buffer part, 24 ... fixed part, 31A, 31B, 31C, 31H ... control part, 32 ... Self-oscillation circuit, 33 ... arithmetic circuit, 260 ... digital camera, 261 ... main body

Claims (24)

  1. 基部と、
    前記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された3本のアーム部と、
    前記各アーム部の一表面に形成された圧電膜と、
    前記3本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する2本のアーム部の前記圧電膜上に形成された励振用の駆動電極と、
    前記3本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の前記圧電膜上に形成された角速度検出用の検出電極とを備え、
    前記3本のアーム部のうち外側に位置する2本のアーム部は同相で励振され、中央に位置するアーム部は前記外側に位置する2本のアーム部と逆相で励振されるとともに、
    前記駆動電極は、前記アーム部を前記圧電膜の形成面と垂直な第1の方向に励振し、
    前記検出電極は、前記アーム部の前記圧電膜の形成面と平行な第2の方向への振動を検出する
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The base,
    Three arms integrally extending from the base in substantially the same direction;
    A piezoelectric film formed on one surface of each arm part;
    A drive electrode for excitation formed on the piezoelectric film of at least two arm portions located outside of the three arm portions;
    A detection electrode for detecting an angular velocity formed on the piezoelectric film of the arm portion located at least in the center of the three arm portions;
    Of the three arm parts, the two arm parts located outside are excited in the same phase, the arm part located in the center is excited in the opposite phase to the two arm parts located outside, and
    The drive electrode excites the arm portion in a first direction perpendicular to a formation surface of the piezoelectric film,
    The angular velocity sensor, wherein the detection electrode detects vibration in a second direction parallel to a surface on which the piezoelectric film of the arm portion is formed.
  2. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記3本のアーム部のうち中央に位置するアーム部には、振動錘部が設けられていることを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    An angular velocity sensor characterized in that a vibrating weight portion is provided in an arm portion located in the center of the three arm portions.
  3. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記3本のアーム部のうち中央に位置するアーム部の形成幅は、外側に位置する2本のアーム部の形成幅よりも大きく形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    The angular velocity sensor characterized in that the formation width of the arm portion located in the center of the three arm portions is formed larger than the formation width of the two arm portions located outside.
  4. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記3本のアーム部の前記第1の方向における共振周波数は、それぞれ一致するように設定されているとともに、
    前記3本のアーム部の前記第2の方向における共振周波数は、中央に位置するアーム部のみが前記第1の方向における共振周波数付近に設定されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    Resonant frequencies in the first direction of the three arm portions are set to coincide with each other,
    The angular velocity sensor characterized in that the resonance frequency in the second direction of the three arm portions is set near the resonance frequency in the first direction only in the arm portion located at the center.
  5. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記3本のアーム部のうち中央に位置するアーム部の前記圧電膜上には、当該アーム部の振動特性を検出する参照電極が形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    An angular velocity sensor, wherein a reference electrode for detecting a vibration characteristic of the arm portion is formed on the piezoelectric film of the arm portion located at the center of the three arm portions.
  6. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記検出電極は、前記3本のアーム部のうち中央に位置するアーム部の前記圧電膜上に当該アーム部の軸心に関して対称な位置に一対形成されており、
    一方側の検出電極は、前記基部を介して当該アーム部から前記一方側に位置する外側のアーム部にわたって連続的に形成されているとともに、
    他方側の検出電極は、前記基部を介して当該アーム部から前記他方側に位置する外側のアーム部にわたって連続的に形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    A pair of the detection electrodes is formed on the piezoelectric film of the arm portion located at the center of the three arm portions at positions symmetrical with respect to the axis of the arm portion,
    The detection electrode on one side is continuously formed across the outer arm portion located on the one side from the arm portion via the base,
    The other-side detection electrode is continuously formed from the arm portion to the outer arm portion located on the other side via the base portion.
  7. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記基部には、前記各アーム部に対する信号入出力用の複数の外部接続端子が設けられており、
    前記各外部接続端子は、前記基部の一表面上であって、前記3本のアーム部の間の振動が最小の位置に形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 1,
    The base is provided with a plurality of external connection terminals for signal input and output for each arm,
    Each of the external connection terminals is on one surface of the base, and is formed at a position where vibration between the three arm portions is minimum.
  8. 請求項7に記載の角速度センサであって、
    前記各外部接続端子は、前記各アーム部の軸心の延長線上からずれた位置に形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 7,
    Each said external connection terminal is formed in the position which shifted | deviated from the extension line of the axial center of each said arm part. The angular velocity sensor characterized by the above-mentioned.
  9. 請求項7に記載の角速度センサであって、
    前記基部には、前記各アーム部の根元部位と前記外部接続端子の形成領域との間に、前記基部の形成幅より小さい幅を有する緩衝部が設けられている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 7,
    The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a buffer portion having a width smaller than a formation width of the base portion is provided between the base portion of each arm portion and the formation region of the external connection terminal.
  10. 第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、
    第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、
    前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、前記第1及び第2のアーム部の励振の反作用により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で励振する第3のアーム部と、
    前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部と
    を具備することを特徴とする角速度センサ。
    A first arm portion having a first drive electrode and excited in a first direction by piezoelectric drive;
    A second drive electrode that is provided to extend in a length direction of the first arm portion, and is excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric drive; An arm,
    A detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a second direction orthogonal to the first direction and the length direction, and the length between the first arm portion and the second arm portion; A third arm portion that is provided so as to extend in a direction and that is excited in a phase opposite to that of the vibration of the first and second arm portions by a reaction of excitation of the first and second arm portions;
    An angular velocity sensor comprising: a base portion that supports the first, second, and third arm portions.
  11. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第3のアーム部は、振動錘部を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The angular velocity sensor, wherein the third arm portion has a vibrating weight portion.
  12. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第1及び第2のアーム部は、前記第2の方向に第1の幅で形成され、
    前記第3のアーム部は、前記第2の方向に前記第1の幅より大きい第2の幅で形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The first and second arm portions are formed with a first width in the second direction,
    The angular velocity sensor, wherein the third arm portion is formed with a second width larger than the first width in the second direction.
  13. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第1、第2及び第3のアーム部は、前記第1の方向で一致する共振周波数を有し、
    前記第3のアーム部は、前記第2の方向で前記第1の方向での共振周波数とは異なる共振周波数を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The first, second, and third arm portions have resonant frequencies that coincide in the first direction;
    The angular velocity sensor, wherein the third arm portion has a resonance frequency different from the resonance frequency in the first direction in the second direction.
  14. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第3のアーム部は、該第3のアーム部の振動特性を検出する参照電極を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The angular velocity sensor, wherein the third arm portion has a reference electrode for detecting a vibration characteristic of the third arm portion.
  15. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第3のアーム部は、前記検出電極として、
    第1の検出電極と、
    該第3のアーム部の前記第1の方向の軸心に関して、前記第1の検出電極と対称な位置に配置された第2の電極とを有し、
    前記第1のアーム部は、該第1のアーム部に働くコリオリ力を検出する第3の検出電極を有し、
    前記第2のアーム部は、該第2のアーム部に働くコリオリ力を検出する第4の検出電極を有し、
    前記基部は、
    前記第1の検出電極と前記3の検出電極を接続する第1の中継電極と、
    前記第2の検出電極と前記4の検出電極を接続する第2の中継電極と
    を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The third arm portion serves as the detection electrode.
    A first detection electrode;
    A second electrode disposed at a position symmetrical to the first detection electrode with respect to the axial center of the third arm portion in the first direction;
    The first arm portion has a third detection electrode for detecting Coriolis force acting on the first arm portion,
    The second arm portion has a fourth detection electrode for detecting Coriolis force acting on the second arm portion,
    The base is
    A first relay electrode connecting the first detection electrode and the third detection electrode;
    An angular velocity sensor comprising: the second detection electrode; and a second relay electrode connecting the fourth detection electrode.
  16. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第1、第2及び第3のアーム部から伝達される振動が最小となる前記基部上の位置にそれぞれ配置され、前記第1の駆動電極、前記第2の駆動電極及び前記検出電極をそれぞれ外部接続するための複数の外部接続端子をさらに具備することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The first drive electrode, the second drive electrode, and the detection electrode are respectively disposed at positions on the base where vibrations transmitted from the first, second, and third arm portions are minimized. An angular velocity sensor further comprising a plurality of external connection terminals for external connection.
  17. 請求項16に記載の角速度センサであって、
    前記複数の外部接続端子は、前記第1、第2及び第3のアーム部の、前記第1の方向における軸心のそれぞれの延長線上からずれた位置に配置されていることを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 16, wherein
    The plurality of external connection terminals are arranged at positions of the first, second, and third arm portions that are shifted from the respective extension lines of the axis in the first direction. Sensor.
  18. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記基部は、
    前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する支持部と、
    前記第1の駆動電極、前記第2の駆動電極及び前記検出電極を外部接続するための外部接続端子を有し、前記第2の方向に第1の幅で形成された固定部と、
    前記支持部と前記固定部とを連結し、前記第2の方向に前記第1の幅より小さい第2の幅で形成された連結部と
    を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The base is
    A support portion for supporting the first, second and third arm portions;
    A fixed portion having an external connection terminal for externally connecting the first drive electrode, the second drive electrode, and the detection electrode, and formed with a first width in the second direction;
    An angular velocity sensor comprising: a connecting portion that connects the support portion and the fixing portion and is formed in a second width smaller than the first width in the second direction.
  19. 請求項18に記載の角速度センサであって、
    前記第1、第2、第3のアーム部及び前記支持部でなる振動系であって前記第1及び第2のアーム部の前記第1の方向の第1の振動系の共振周波数がfvであり、前記第1、第2、第3のアーム部、前記支持部及び前記連結部でなる振動系であって前記第1の方向の第2の振動系の共振周波数がf0である場合、0.25≦(f0/fv)≦1/√2であることを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 18,
    The resonance frequency of the first vibration system in the first direction of the first and second arm portions is fv, which is a vibration system including the first, second, and third arm portions and the support portion. Yes, when the resonance frequency of the vibration system composed of the first, second, and third arm portions, the support portion, and the connection portion and the second vibration system in the first direction is f0, 0 .25 ≦ (f0 / fv) ≦ 1 / √2 Angular velocity sensor.
  20. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第1及び前記第2のアーム部は、第1の共振周波数で励振し、
    前記第3のアーム部は、前記第1の共振周波数より1kHz〜2kHz低い第2の共振周波数の振動系を有することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 10,
    The first and second arm portions are excited at a first resonance frequency,
    The angular velocity sensor, wherein the third arm portion has a vibration system having a second resonance frequency that is 1 kHz to 2 kHz lower than the first resonance frequency.
  21. 第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、
    第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、
    第3の駆動電極と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で励振する第3のアーム部と、
    前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部と
    を具備することを特徴とする角速度センサ。
    A first arm portion having a first drive electrode and excited in a first direction by piezoelectric drive;
    A second drive electrode that is provided to extend in a length direction of the first arm portion, and is excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric drive; An arm,
    A third drive electrode; and a detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a second direction orthogonal to the first direction and the length direction, the first arm portion and the second arm portion A third arm portion that is provided so as to extend in the length direction between the first arm portion and the second arm portion, and is excited in a phase opposite to that of the first and second arm portions by piezoelectric driving,
    An angular velocity sensor comprising: a base portion that supports the first, second, and third arm portions.
  22. 請求項21に記載の角速度センサであって、
    前記第3のアーム部は、前記検出電極として、
    第1の検出電極と、
    該第3のアーム部の前記第1の方向の軸心に関して、前記第1の検出電極と対称な位置に配置された第2の電極とを有し、
    前記第1のアーム部は、該第1のアーム部に働くコリオリ力を検出する第3の検出電極を有し、
    前記第2のアーム部は、該第2のアーム部に働くコリオリ力を検出する第4の検出電極を有し、
    該角速度センサは、前記第1の検出電極からの出力信号と前記第3の検出電極からの出力信号との第1の和信号と、前記第2の検出電極からの出力信号と前記第4の検出電極からの出力信号との第2の和信号とをそれぞれ算出し、前記第1の和信号と前記第2の和信号の差分信号を角速度信号として検出する制御部を更に具備することを特徴とする角速度センサ。
    The angular velocity sensor according to claim 21,
    The third arm portion serves as the detection electrode.
    A first detection electrode;
    A second electrode disposed at a position symmetrical to the first detection electrode with respect to the axial center of the third arm portion in the first direction;
    The first arm portion has a third detection electrode for detecting Coriolis force acting on the first arm portion,
    The second arm portion has a fourth detection electrode for detecting Coriolis force acting on the second arm portion,
    The angular velocity sensor includes a first sum signal of an output signal from the first detection electrode and an output signal from the third detection electrode, an output signal from the second detection electrode, and the fourth output signal. And a controller that calculates a second sum signal of the output signal from the detection electrode and detects a difference signal between the first sum signal and the second sum signal as an angular velocity signal. Angular velocity sensor.
  23. 本体と、
    第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、前記第1及び第2のアーム部の励振の反作用により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で振動する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを含み、前記本体内に配置された角速度センサと
    を具備することを特徴とする電子機器。
    The body,
    A first arm portion having a first drive electrode, which is excited in a first direction by piezoelectric driving, and a second drive electrode, provided so as to extend in the length direction of the first arm portion. A second arm portion excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving, and a Coriolis acting in a second direction orthogonal to the first direction and the length direction. A detection electrode for detecting a force, provided to extend in the length direction between the first arm portion and the second arm portion, and for exciting the first and second arm portions; Including a third arm portion that vibrates in a phase opposite to that of the first and second arm portions by reaction, and a base portion that supports the first, second, and third arm portions, An electronic device comprising: an angular velocity sensor disposed on the electronic device.
  24. 本体と、
    第1の駆動電極を有し、圧電駆動により第1の方向に励振する第1のアーム部と、第2の駆動電極を有し、前記第1のアーム部の長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1のアーム部と同位相で前記第1の方向に励振する第2のアーム部と、第3の駆動電極と、前記第1の方向及び前記長さ方向に直交する第2の方向に働くコリオリ力を検出する検出電極を有し、前記第1のアーム部及び前記第2のアーム部との間で前記長さ方向に延びるように設けられ、圧電駆動により前記第1及び第2のアーム部の振動とは逆位相で励振する第3のアーム部と、前記第1、第2及び第3のアーム部を支持する基部とを含み、前記本体内に配置された角速度センサと
    を具備することを特徴とする電子機器。
    The body,
    A first arm portion having a first drive electrode, which is excited in a first direction by piezoelectric driving, and a second drive electrode, provided so as to extend in the length direction of the first arm portion. And a second arm portion excited in the first direction in the same phase as the first arm portion by piezoelectric driving, a third drive electrode, and orthogonal to the first direction and the length direction. A detection electrode for detecting a Coriolis force acting in a second direction, provided to extend in the length direction between the first arm portion and the second arm portion; A third arm portion that is excited in a phase opposite to the vibration of the first and second arm portions; and a base portion that supports the first, second, and third arm portions, and is disposed in the main body. An electronic device comprising an angular velocity sensor.
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